上游充日大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PHANGHAL IIAO TONG UNIVERSIT 大气净化机器人 《走进纳米科学》报告书 学生姓名： 朴贤浚 学 院： 机械与动力工程学院 学 号： 5100209080 指导老师： 程先华
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 大气净化机器人 《走进纳米科学》报告书 学生姓名: 朴贤浚 学 院： 机械与动力工程学院 学 号： 5100209080 指导老师： 程先华
目录 ,i言. 2.立题依据 1 2.1大气污染现状… 1 2.2大气污染的危害 3 2.3大气污染防治措施 5 2.4大气净化机器人… 5 2.5工作流程 7 2.6优势分析… 8 3.可行性分析.… 9 3.1能否实现浮力大于重力. 9 3.2能否实现净化大气. 9 3.3能否实现以太阳能为动力 10 4.结论n,11 1 参考文献 11
目录 1. 前言......................................................................................... 1 2. 立题依据................................................................................. 1 2. 1 大气污染现状................................................................... 1 2. 2 大气污染的危害............................................................... 3 2. 3 大气污染防治措施........................................................... 5 2. 4 大气净化机器人............................................................... 5 2. 5 工作流程............................................................................7 2. 6 优势分析............................................................................8 3. 可行性分析............................................................................. 9 3. 1 能否实现浮力大于重力................................................... 9 3. 2 能否实现净化大气........................................................... 9 3. 3 能否实现以太阳能为动力............................................. 10 4. 结论....................................................................................... 11 参考文献.................................................................................... 11
1.前言 目前，困扰世界全球性大气污染的问题主要是温室效应与臭氧层破 坏。这种污染所造成的伤害已经没有了国界的限制，足以威胁人类能 否在地球上继续居住下去，其后果十分严峻，已成为与世界各国都有 切身利害关系的问题，引起了普遍的关注。全人类只有一个地球，共 用一个大气圈，全球性大气污染所带来的灾害是全球性的，危及到每 一个人的，使人类的生存和发展受到严峻的挑战。因此，综合治理全 球性大气污染需要各国政府协调一致的行动，需要全人类共同努力。 联合国1989年把“警惕全球变暖”作为6月5日全世界环境日主题， 以唤起社会各界环境污染的关注和全世界人民对自己的生存环境的 危机感与责任感。 2.立题依据 2.1大气污染现状 大气是由一定比例的氨、氧、二氧化碳、水蒸气和固体杂质微粒组 成的混合物。各种自然变化往往会引起大气成分的变化。例如，火山 爆发时有大量的粉尘和二氧化碳等气体喷射到大气中，造成火山喷发 地区烟雾弥漫，毒气熏人；雷电等自然原因引起的森林大面积火灾也 会增加二氧化碳和烟粒的含量等等。一般来说，这种自然变化是局部 的，短时间的。随着现代工业和交通运输的发展，向大气中持续排放 的物质数量越来越多，种类越来越复杂，引起大气成分发生急剧的变 化。当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气 象气候产生危害的时候，我们就说大气受了污染。由于人类活动或自
1. 前言 目前，困扰世界全球性大气污染的问题主要是温室效应与臭氧层破 坏。这种污染所造成的伤害已经没有了国界的限制，足以威胁人类能 否在地球上继续居住下去，其后果十分严峻，已成为与世界各国都有 切身利害关系的问题，引起了普遍的关注。全人类只有一个地球，共 用一个大气圈，全球性大气污染所带来的灾害是全球性的，危及到每 一个人的，使人类的生存和发展受到严峻的挑战。因此，综合治理全 球性大气污染需要各国政府协调一致的行动，需要全人类共同努力。 联合国1989年把“警惕全球变暖”作为6月5日全世界环境日主题， 以唤起社会各界环境污染的关注和全世界人民对自己的生存环境的 危机感与责任感。 2. 立题依据 2. 1 大气污染现状 大气是由一定比例的氮、氧、二氧化碳、水蒸气和固体杂质微粒组 成的混合物。各种自然变化往往会引起大气成分的变化。例如，火山 爆发时有大量的粉尘和二氧化碳等气体喷射到大气中，造成火山喷发 地区烟雾弥漫，毒气熏人；雷电等自然原因引起的森林大面积火灾也 会增加二氧化碳和烟粒的含量等等。一般来说，这种自然变化是局部 的，短时间的。随着现代工业和交通运输的发展，向大气中持续排放 的物质数量越来越多，种类越来越复杂，引起大气成分发生急剧的变 化。当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气 象气候产生危害的时候，我们就说大气受了污染。由于人类活动或自
然过程，向大气中排进了一些有害物质，当排入量够多，则使原来洁 净空气的品质下降，若这种情况维持时间够长，便会对人类、动物、 植物和大气中的物品产生危害和不良影响，这种大气状态称为空气污 染。组成空气污染有三个要素：污染源、污染物浓度、对人和生物有 危害。洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，一个人在五个星期 内不吃饭或5天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气， 便会死亡，人体每天要吸10一12立方米的空气。由此可见，消除空 气污染或保持污染浓度低于某个限度之下，是何等重要。大气有一定 的自净能力现代大工业发展以前，因自然过程等排进大气的污染物， 与由大气自净过程而从大气移除的量基本平衡。但是20世纪五、六 十年代以后，现代大工业迅速发展，人类排进大气的污染物量大大超 过了大气的自净能力，致使目前全球大气都遭到不同程度的污染。 美国国家航空航天局描述全球空气颗粒物污染情况的新地图 2010年11月7日15：25分抽摄于活安市东南城角 2013年3月9日15：54分轴通于百安市东南城角
然过程，向大气中排进了一些有害物质，当排入量够多，则使原来洁 净空气的品质下降，若这种情况维持时间够长，便会对人类、动物、 植物和大气中的物品产生危害和不良影响，这种大气状态称为空气污 染。组成空气污染有三个要素：污染源、污染物浓度、对人和生物有 危害。洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，一个人在五个星期 内不吃饭或5天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气， 便会死亡，人体每天要吸10—12立方米的空气。由此可见，消除空 气污染或保持污染浓度低于某个限度之下，是何等重要。大气有一定 的自净能力，现代大工业发展以前，因自然过程等排进大气的污染物， 与由大气自净过程而从大气移除的量基本平衡。但是20世纪五、六 十年代以后，现代大工业迅速发展，人类排进大气的污染物量大大超 过了大气的自净能力，致使目前全球大气都遭到不同程度的污染。 美国国家航空航天局描述全球空气颗粒物污染情况的新地图
2.2大气污染的危害 大气污染的危害主要有以下几个方面： 1.对人体健康的危害： 大气污染物对人体的危害是多方面的，主要表现是呼吸道疾病与生 理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。 2.对植物的危害： 大气污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重 的。当污染物浓度很高时，会对植物产生急性危害，使植物叶表面产 生伤斑，或者直接使叶枯萎脱落；当污染物浓度不高时，会对植物产 生慢性危害，使植物叶片褪绿，或者表面上看不见什么危害症状，但 植物的生理机能已受到了影响，造成植物产量下降，品质变坏。 3.对天气和气候的影响： 大气污染物对天气和气候的影响是十分显著的，可以从以下几个方 面加以说明： ①减少到达地面的太阳辐射量：从工厂、发电站、汽车、家庭取 暖设备向大气中排放的大量烟尘微粒，使空气变得非常浑浊，遮挡了 阳光，使得到达地面的太阳辐射量减少。据观测统计，在大工业城市 烟雾不散的日子里，太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减 少近40%。大气污染严重的城沛，天天如此，就会导致人和动植物 因缺乏阳光而生长发育不好。 ②增加大气降水量：从大工业城市排出来的微粒，其中有很多具 有水气凝结核的作用。因此，当大气中有其他一些降水条
2. 2 大气污染的危害 大气污染的危害主要有以下几个方面： 1. 对人体健康的危害： 大气污染物对人体的危害是多方面的，主要表现是呼吸道疾病与生 理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。 2. 对植物的危害： 大气污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重 的。当污染物浓度很高时，会对植物产生急性危害，使植物叶表面产 生伤斑，或者直接使叶枯萎脱落；当污染物浓度不高时，会对植物产 生慢性危害，使植物叶片褪绿，或者表面上看不见什么危害症状，但 植物的生理机能已受到了影响，造成植物产量下降，品质变坏。 3. 对天气和气候的影响： 大气污染物对天气和气候的影响是十分显著的，可以从以下几个方 面加以说明： ① 减少到达地面的太阳辐射量：从工厂、发电站、汽车、家庭取 暖设备向大气中排放的大量烟尘微粒，使空气变得非常浑浊，遮挡了 阳光，使得到达地面的太阳辐射量减少。据观测统计，在大工业城市 烟雾不散的日子里，太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减 少近40％。大气污染严重的城市，天天如此，就会导致人和动植物 因缺乏阳光而生长发育不好。 ② 增加大气降水量：从大工业城市排出来的微粒，其中有很多具 有水气凝结核的作用。因此，当大气中有其他一些降水条
件与之配合的时候，就会出现降水天气。在大工业城市的下风地区， 降水量更多。 ③下酸雨： 有时候，从天空落下的雨水中含有硫酸。这种酸雨是大气中的污染 物二氧化硫经过氧化形成硫酸，随自然界的降水下落形成的。硫酸雨 能使大片森林和农作物毁坏，能使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破 碎，能使金属的防锈涂料变质而降低保护作用，还会腐蚀、污染建筑 物。 ④增高大气温度： 在大工业城市上空，由于有大量废热排放到空中，因此，近地面空 气的温度比四周郊区要高一些。这种现象在气象学中称做"热岛效应 "。 ⑤对全球气候的影响： 近年来，人们逐渐注意到大气污染对全球气候变化的影响问题。经 过研究，人们认为在有可能引起气候变化的各种大气污染物质中，二 氧化碳具有重大的作用。从地球上无数烟囱和其他种种废气管道排放 到大气中的大量二氧化碳，约有50%留在大气里。二氧化碳能吸收 来自地面的长波辐射，使近地面层空气温度增高，这叫做"温室效应"。 经粗略估算，如果大气中二氧化碳含量增加25%，近地面气温可以 增加0.5~2℃。如果增加100%，近地面温度可以增高1.5~6℃。有 的专家认为，大气中的二氧化碳含量照现在的速度增加下去，若干年 后会使得南北极的冰熔化，导致全球的气候异常
件与之配合的时候，就会出现降水天气。在大工业城市的下风地区， 降水量更多。 ③ 下酸雨： 有时候，从天空落下的雨水中含有硫酸。这种酸雨是大气中的污染 物二氧化硫经过氧化形成硫酸，随自然界的降水下落形成的。硫酸雨 能使大片森林和农作物毁坏，能使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破 碎，能使金属的防锈涂料变质而降低保护作用，还会腐蚀、污染建筑 物。 ④ 增高大气温度： 在大工业城市上空，由于有大量废热排放到空中，因此，近地面空 气的温度比四周郊区要高一些。这种现象在气象学中称做"热岛效应 "。⑤ 对全球气候的影响： 近年来，人们逐渐注意到大气污染对全球气候变化的影响问题。经 过研究，人们认为在有可能引起气候变化的各种大气污染物质中，二 氧化碳具有重大的作用。从地球上无数烟囱和其他种种废气管道排放 到大气中的大量二氧化碳，约有50％留在大气里。二氧化碳能吸收 来自地面的长波辐射，使近地面层空气温度增高，这叫做"温室效应"。 经粗略估算，如果大气中二氧化碳含量增加25％，近地面气温可以 增加0.5～2℃。如果增加100％，近地面温度可以增高1.5～6℃。有 的专家认为，大气中的二氧化碳含量照现在的速度增加下去，若干年 后会使得南北极的冰熔化，导致全球的气候异常
2.3大气污染防治措施 1.绿化造林： 茂密的林丛能降低风速，使空气中携带的大粒灰尘下降。树叶表面 粗糙不平，有的有绒毛，有的能分泌粘液和油脂，因此能吸附大量飘 尘。蒙尘的叶子经雨水冲洗后，能继续吸附飘尘。如此往复拦阻和吸 附尘埃，能使空气得到净化。 2.减少交通废气的污染： 减少汽车废气污染，关键在于改进发动机的燃烧设计和提高汽油的 燃烧质量，使油得到充分的燃烧，从而减少有害废气。 3.工业合理布局： 这是解决大气污染的重要措施。工厂不宜过分集中，以减少一个地 区内污染物的排放量。另外，还应把有原料供应关系的化工厂放在一 起，通过对废气的综合利用，减少废气排放量。 4.改变燃料构成： 实行自煤向燃气的转换，同时加紧研究和开辟其他新的能源，如太 阳能、氢燃料、地热等。这样，可以大大减轻烟尘的污染。 2.4大气净化机器人 分析现在大气污染防治措施，绿化造林需要的时间太长，而且大气 污染主要发生于大城市可植树的空间太小减少交通废气和工业的 污染则不可能实现完全净化，汽车数量众多，污染积小成大；改变燃 料确实可以大大减轻大气污染，但目前还不能代替石油为燃料
2. 3 大气污染防治措施 1. 绿化造林： 茂密的林丛能降低风速，使空气中携带的大粒灰尘下降。树叶表面 粗糙不平，有的有绒毛，有的能分泌粘液和油脂，因此能吸附大量飘 尘。蒙尘的叶子经雨水冲洗后，能继续吸附飘尘。如此往复拦阻和吸 附尘埃，能使空气得到净化。 2. 减少交通废气的污染： 减少汽车废气污染，关键在于改进发动机的燃烧设计和提高汽油的 燃烧质量，使油得到充分的燃烧，从而减少有害废气。 3. 工业合理布局： 这是解决大气污染的重要措施。工厂不宜过分集中，以减少一个地 区内污染物的排放量。另外，还应把有原料供应关系的化工厂放在一 起，通过对废气的综合利用，减少废气排放量。 4. 改变燃料构成： 实行自煤向燃气的转换，同时加紧研究和开辟其他新的能源，如太 阳能、氢燃料、地热等。这样，可以大大减轻烟尘的污染。 2. 4 大气净化机器人 分析现在大气污染防治措施，绿化造林需要的时间太长，而且大气 污染主要发生于大城市，可植树的空间太小；减少交通废气和工业 的 污染则不可能实现完全净化，汽车数量众多，污染积小成大；改变燃 料确实可以大大减轻大气污染，但目前还不能代替石油为燃料
目前对空气污染的普遍措施有戴口罩，使用空气净化器，前者带来 不方便，尤其是夏天，后者使用范围在密封的小空间，空气污染给人 们带来了很多坏处。 如果有一种净化大气的机械能够有效地运作，则可以大大减少城市 的大气污染，不会造成空气质量指数低而导致室外生活受到限制。 于是设计了一款机器人，大概的设计图如图所示。 气球 飞轮 装水盆 过滤器 大气净化机器人结构图 气囊：由纳米氢氧化镁制成，具有良好的补强性和阻燃性，从而 达到不易被破坏，上面安装太阳能电池，提供电能，里面 安装了辅助气囊，作用是在飞行中的充气和放气来控制和 保持浮力
目前对空气污染的普遍措施有戴口罩，使用空气净化器，前者带来 不方便，尤其是夏天，后者使用范围在密封的小空间，空气污染给人 们带来了很多坏处。 如果有一种净化大气的机械能够有效地运作，则可以大大减少城市 的大气污染，不会造成空气质量指数低而导致室外生活受到限制。 于是设计了一款机器人，大概的设计图如图所示。 大气净化机器人结构图 气囊：由纳米氢氧化镁制成，具有良好的补强性和阻燃性，从而 达到不易被破坏，上面安装太阳能电池，提供电能，里面 安装了辅助气囊，作用是在飞行中的充气和放气来控制和 保持浮力
He 辅助气囊 气囊 飞轮：以电能为能源提供机器人的动力。 水盆：具有蓄水和喷水功能。 过滤器：用纳米材料催化剂，即二氧化钛，具有杀菌、除臭、净 化功能并释放有益的臭氧负离子。 CFP.KW 2.5工作流程
气囊 飞轮：以电能为能源提供机器人的动力。 水盆：具有蓄水和喷水功能。 过滤器：用纳米材料催化剂，即二氧化钛，具有杀菌、除臭、净 化功能并释放有益的臭氧负离子。 2. 5 工作流程
工作 下雨 有毒气体 C02H20 升高 清洗 下降 大气净化机器人工作流程图 工作：在天上随着风的方向自动转向，使空气通过过滤器。无风或 要离开设定范围时，以太阳能为动力，运行飞轮，在设定范 围工作。 下雨：雨水降到装水盆中，水量和重力增高，重力大于浮力，大气 净化机器人开始下降。 下降：下降时利用传感器和飞轮下降到少人的路边上，或有足够的 空间和排水道的屋顶。 清洗：下降之后打开过滤器，把水盆中的水喷射到过滤器中，清 洗过滤器上的灰尘和废物。 升高：下雨转为晴天，闭上过滤器，把水盆中的水放完，重力下降
大气净化机器人工作流程图 工作：在天上随着风的方向自动转向，使空气通过过滤器。无风或 要离开设定范围时，以太阳能为动力，运行飞轮，在设定范 围工作。 下雨：雨水降到装水盆中，水量和重力增高，重力大于浮力，大气 净化机器人开始下降。 下降：下降时利用传感器和飞轮下降到少人的路边上，或有足够的 空间和排水道的屋顶。 清洗：下降之后打开过滤器，把水盆中的水喷射到过滤器中， 清 洗过滤器上的灰尘和废物。 升高：下雨转为晴天，闭上过滤器，把水盆中的水放完，重力下降