俞家琛

研究目的

利用传感器技术设计一种智能的植物液除臭装置，该装置在所处环境异味浓度达到一定量时能自动开机，当异味浓度低于一定值时能自动关机。该装置能适时控制植物液的雾化，使植物液中的有效分子（含有生物活性或化学活性的双键、羰基等活性基团）能迅速和异味分子发生反应，改变其结构，形成无味无害的气体。

研究思路

从薄荷等多种植物中通过水蒸气蒸馏法提取植物油，针对厕所主要异味氨气和硫化氢，将不同植物油按一定的比例配置成专用的植物液。根据厕所异味浓度，采取超声波雾化（或雾化喷头）和洗涤过滤结合实现植物液的充分雾化，液滴的半径<0.04mm，雾化后的植物液滴的比表面积比传统装置形成的除臭剂液滴的比表面积大60倍左右，在同样除臭效果的条件下，除臭剂消耗量是现有装置的1/60。除臭机通过空气传感器和控制电路实现除臭操作的自动运行。

研究过程

现场测试

2015年暑假，我们对杭州市滨江区周边的部分景区、车站、高速公路服务区、影院、会议中心的32个公共厕所的异味浓度进行了检测（图1）。用氨敏传感器测得的氨气浓度在0.15?0.78mg/m3之间。通风、保洁好的厕所，氨气浓度在0.30mg/m3以下，而无窗、保洁差的厕所异味浓度在0.60mg/m3以上。

植物液的提取及配比

植物液包括下述重量份的组分，配方如下：薄荷油10份、樟油7份、月桂油7份、柠檬油6份、橙油5份、松树油3份、雪松油3份、迷迭香油3份、留兰香油2份、桉树油2份。此配方属于多醛技术，混合2种以上醛类物质能长期显著地消抵难闻的异味。冷浸法提取单一植物20g，用600mL石油醚室温浸泡3次，每次用200mL溶剂，浸泡时间为3h/次，合并提取液，将滤液在旋转蒸发仪上蒸去石油醚，用无水硫酸钠脱水，滤纸过滤，配比后获得植物液，见图2。

除臭机制作

除臭机由洗涤过滤和超声波雾化2个功能单元组成。除臭机左侧是洗涤过滤单元，设有风机，壳体背面设有若干通孔，壳体内装有填料，填料上分散有植物液。填料部分下方的壳体内自下而上设有格栅、储液槽和多孔环氧板，储液槽中储存稀释后的植物液，植物液本身具备一定的挥发性，风机启动后空气从洗涤单元的外壳的后、左、下3面的进风口进入，加速了植物液的挥发。空气进入后和填料上的及挥发的植物液产生反应。除臭机的右上方是超声波雾化单元，当洗涤过滤单元工作一段时间后臭气浓度还未低于设定值时，此单元自动开机，能增大植物液雾化的比表面积。除臭机噪声不大于36db，兼具加湿和香薰功能。右下方是控制郃分。控制电路（见图3）设有总开关、洗涤开关、雾化开关、自动开关、指示灯、浓度传感器等，均与设置在壳体内的控制器相连。

除臭实验

除臭机采用了氨敏传感器，当氨气浓度达到一定量时能自动开机，当氨气浓度低于一定值时能自动关机。当填料阻力加大时，风机风量减少，能通过清洗指示灯提醒人们清洗填料，有效延长装置的使用寿命；而且除臭剂中的有效分子（双键、羰基等活性基团）有生物活性或化学活性，能迅速和异味分子发生反应，改变其結构，形成无味无害的气体，不仅除臭效果好，而且安全绿色无害。本除臭机工作过程如下。

氨敏传感器检测到氨气浓度达到一定量时（浓度超过0.2mg/m3），自动开机；

臭气经风机引入壳体内，在均匀分散有植物液的填料部分实现洗涤过滤除臭；

除臭后的气体经通孔循环使用；

一定时间内臭气浓度仍保持一定量时（浓度超过0.4mg/m3），同时启动超声波雾化装置使植物液雾化；令氨敏传感器检测到臭气浓度低于一定值时（浓度低于0.4mg/m3），超声波雾化装置自动关机；

浓度检测器检测到臭气浓度低于一定值时（浓度低干0.2mg/m3），洗涤过滤风机自动关机。

实验结果

0.2m3小型密封测试舱测试结果

我们在800mmx500mmx500mm的测试舱内滴入1滴稀释后的氨水，开启测试舱内的轴流风机，5分钟后通过专用氨敏检测仪测得氨气浓度是12.37mg/m3，连接雾化设备后，每1分钟向测试舱后喷10秒稀释10倍的植物液，半个小时后，也就是喷30次以后，测试舱内氨气浓度从初始的12.37mg/m3下降到1.53mg/m3，实测效果非常好。

现场嗅阈值模拟实测

在0.2m3的小型密封测试舱有3个手动阀门，用于连接实测氨气浓度的检测仪和调节气压，我们准备了1个图4所示的异味收集罩，在测试舱内添加适量氨气，超过氨气嗅阈值0.2mg/m3至0.25mg/m3。异味收集罩一端和测试舱阀门连接，另一端罩体部分是有机硅材料，可以直接吸在除臭机空气进口面的小孔上，异味收集罩两侧有塞栓结构。我们先打开空气阀门，再打开连接收集罩的阀门，这样测试舱内气压和大气压一致，因为除臭机风机向外吸气，除臭机内形成负压，测试舱内异味被吸

到除臭机内，通过聚氨酯内多孔结构，植物液和异味发生反应，能降低异味的浓度。通过实地嗅觉感知法，感知收集罩塞栓结构处氨气的浓度及处理后除臭机出风口浓度的变化，可知除臭机的消除异味的效果。通过多人实测，以嗅阈值为基准，参与测试者都觉得效果不错。

该项目获得第31届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组环境科学与工程一等奖。

专家评语

该项目创新性强，利用雾化和超声技术成功研制除臭剂以及测试装置。理论依据扎实，研发工作量大，装置实用性强，体现出较全面的科技能力和创新水平。建议在后续工作中考虑如下问题：①深入分析植物液的成分和机理，尤其是除臭过程中植物液的作用过程。②加强控制系统研发，如测试仪的标定及自控原理。③考虑系统对于用户的使用便利性及与使用环境的结合。endprint