HEPA可以过滤纳米粒子吗?

HEPA Under 0.3 Microns

打开维基百科的HEPA滤网词条就能看到这个定义:
“标准要求空气滤网必须移除[…]99.97%大于等于0.3微米的颗粒物。”
这就很了不起了,0.3微米可是很小的!相当于人的头发细200倍,而HEPA滤网可以捕捉99%以上的这么细小的颗粒物!现在回过头看一下HEPA滤网的定义,好像只提到了大于等于0.3微米的颗粒物。

HEPA filter particle capture size 0.3µm

 

那小于0.3微米的颗粒物呢?我们在讨论的是纳米颗粒物。纳米粒子是大小在1到100纳米,也就是0.001到0.1微米之间的颗粒物。它们小到可以进入我们的血液 ,这对我们来说是一个超级坏消息,因为北京的空气里面已经发现了铅和砷等重金属成分。HEPA滤网可以过滤这些颗粒物吗?

 

这个问题直接导致多年来大多数人的困惑和很多公司在HEPA滤网上做的虚假宣传,所以我们直接切入主题,追根究底一下HEPA到底怎么回事。

 

HEPA滤网的工作原理

答案很让人吃惊。我们关于滤网的直觉是不准确的。大多数人包括我在内都觉得HEPA是个网子,如果颗粒物小于网上的洞洞,就会被漏掉。感觉很有道理对吧?

HEPA filters - do they capture particles like a net?

这种直觉对大一点的颗粒物来说没毛病,大的颗粒物飞过HEPA滤网的时候是被卡住的。

HEPA filter straining capture method

 

但我们观察纳米颗粒这样非常细小的颗粒物时,情况就不一样了。纳米粒子小到碰到气体分子以后会像弹球一样弹来弹去(这个现象叫做布朗运动)。也就是说,它们飞行的轨迹是随机的。

Brownian motion capture method of particles in HEPA filter

纳米颗粒小到可以穿过HEPA滤网的纤维,可是因为它们呈不规则的随机乱飞,还是会“撞到”HEPA上被抓住。

interception - diffusion - impaction capture method of particles on HEPA filter fiber

 

当滤网以这种方式捕捉一个颗粒物的时候,有个名词叫“扩散”。

扩散的捕捉方式效率高吗?

 

扩散只是有的时候有效吗?也许只对50%的纳米颗粒物有效?事实上扩散的效率远远好过这些猜测。NASA的科学家做过测试,他们发现HEPA滤网可以捕捉90%以上小至0.005微米(5纳米)的颗粒物。

明尼苏达大学用玻璃纤维滤网作为媒介做过一个实验,玻璃纤维的滤网“接近HEPA对小颗粒物的捕捉能力”,也就是说这种滤网和HEPA滤网的表现应该差不多。实验中小至0.003-0.02微米(3-20纳米)的银粒子被射向滤网媒介。

结果表明即便是小于5纳米的颗粒物,滤网的捕捉率也高达99.99%。

所以为什么维基百科要特别提起0.3微米的颗粒物呢,为什么0.3这个数字这么重要呢?因为0.3微米左右的颗粒物是最难被捕捉的。对于0.3微米的颗粒物,扩散没那么有效,而它们又没有大到通过滤网的时候可以很容易被直接影响和捕捉。

diffusion intertial impaction graph capture efficiency HEPA

 

这个奇迹一样的布朗运动并不止发生在HEPA上,它对所有纤维滤网都适用,连MERV滤网都算上!举个栗子,科学家用3M口罩做过实验,数据显示口罩对小至0.007微米就是7微米也就是7纳米的颗粒物的捕捉率达到95%以上。

另外一个证据是从医院和飞机上来的。两者都用HEPA滤网来捕捉病毒,而病毒的大小都是在纳米颗粒的范围内的。

Air pollution mask test method

 

为什么这件事很重要?

净化器公司可以抓住我们错误的直觉加以利用,然后给他们的产品标出天价。比如Molecule就在他们的网站上大肆声称:

Molekule claim of HEPA filters only capturing 0.3µm

还有IQAir解释为什么他们的超级HEPA滤网比“普通滤网”要强。

IQAir claim HyperHEPA capture nanoparticles

夏普的客服也在Quora上说普通HEPA滤网不能捕捉小于0.3微米的颗粒物。

Sharp Quora claiming HEPA filter capture nanoparticles

 

我严重怀疑有人花了这么多时间心思在设计净化器(和广告)上却不知道过滤原理。也许有的小伎俩真的是源于无知不是为了欺骗吧,但无论如何你现在知道滤网背后的科学了。

结论-HEPA滤网可以捕捉纳米颗粒吗?

一个简单的HEPA滤网就可以捕捉纳米颗粒物,当然也包括其他颗粒物。

阅读更多:我需要哪些滤网在各种污染物的环境里保护自己》

以上结论的重要性

  1. 其实一个HEPA滤网就可以捕捉所有的颗粒物了

了解更多:什么样的滤网组合才能护我周全?→

 

关注我们微信公众号SmartAir2013

5
Leave a Reply

3 Comment threads
2 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
4 Comment authors
  Subscribe  
Notify of
Courtney

I was just getting ready to buy an IQ Air or Airdoctor because they claim the .003 micron filtration… Read more »

emma

I have two questions..

If HEPA can remove ultrafine particulates, why didn’t all the air purifier advertise this feature?

This is what I think a good way to prove…have a fan with HEPA filter pointing downward, put activated charcoal granules on the upside of HEPA, and turn on the fan. If there is no fine dust coming out, then HEPA can trap ultrafine particulates.

Hope it makes sense.

emma

The reason of my suggestion is that I have tried the above experiment and failed, ie, there were fine dusts coming out. However, it is possible that my air purifier isn’t very tight and have a lot of gaps to let particulates pass through.

It will be interesting if somebody else with a better HEPA air purifier try it.

Dan Perry

Paddy – very interesting and counterintuitive. I’m glad you do so much research!