前言

空氣中固體微粒和水滴的混合物，普遍稱為「微粒」( particulate matter，PM)。

微粒的粒徑大小範圍很廣，其來源為不同形式的固定性和移動性污染源，另外尚有自 然性污染源。微粒的特性與對環境影響均予微粒粒徑大小有著絕對的關係，包括在大 氣中的停留時間、大氣化學物質附著於微粒表面能力以及對生物的健康效應影響。

粒徑介於0.1∼10 µm 之微粒在大氣中停留時間最久，大約為一星期。較大的微 粒及較小微粒則分別因為沈降及擴散與微粒互相凝結存在於大氣中的時間較短。然 而，即便這些細小微粒會因為微粒相互之間的凝結而減少數目濃度，但卻依然停留在 大氣中。

自十四世紀起對於可呼吸性微粒產生的病變已經有不計其數的研究。許多研究指 出，產生的生理效應影響與大氣中懸浮微粒濃度有極大關係，尤其在細微粒濃度比 PM10 濃度高時特別明顯。大鼠暴露在焊接燻煙(平均粒徑100 nm，幾何標準差為 1.42，重量濃度 62 µg/m³ )之下，四小時後並沒有發現任何明顯的呼吸系統毒理現 象，不過會有些許超細微粒沈積在大鼠的上呼吸道，主要沈積則發生在大鼠的下呼吸 道包括細支氣管、肺泡導管、肺泡等(Yu et al., 2000)。健康且出生10~12 週的大 鼠暴露在高濃度( 57、90 µg/m³)的超細微粒(粒徑為 72 nm)下會產生與發炎反應相關 的氧化壓力增加，且有劑量效應關係(Zhou et al.,2003)。

針對奈米微粒的動物實驗顯示，當大鼠暴露在相同重量濃度的次微米微粒與奈米 微粒下，暴露在奈米微粒下的大鼠發生肺泡發炎機率較高，且奈米微粒只需極低劑量 ( 1 mg/m³ )就會造成大鼠呼吸系統或產生局部性發炎。以猴子做動物實驗下也發現，

奈米微粒與超細微粒(5∼100 nm)會大量的沉積在鼻腔內，微粒粒徑越少時微粒沈積 量越大，且沈積於肺部中之微粒粒徑則在5 nm 與 100 nm 為最多(Yeh et al.,

1997)。

為了減少人類生命財產的損失，各國均制定了空氣污染防治條例以減少污染源的 排放量。過去，空氣污染管制是著重於降低微粒的排放重量濃度，然而前面提到過細 微粒(粒徑小於2.5µm)在能見度與健康效應影響均比大微粒大的許多。有鑑於此，美 國環保署制訂了PM 2.5 的排放規範(U.S. EPA, 1996)。此一新標準的制定對於空氣 污染控制設備是否能增加細小的微粒的補集效率顯的格外重要。否則，即使侍從流行 病學觀點無法判斷是微粒質量、微粒數目及微粒表面積對於健康效應影響較為重要，

而微米微粒及次微米微粒對於質量濃度影響皆遠大於奈米微粒，因此若以質量濃度來 定量粒狀污染物毒性大小則有可能會產生嚴重誤判。

有研究指出，在發動機與運輸工具排放出來粒狀污染物的粒徑分佈中，就質量濃 度而言，主要是以細微粒(fine particles)為主，而奈米微粒於數目濃度中佔了絕大部 分。越靠近公路，於奈米微粒數量增加上遠比PM10 在重量濃度上增加更多 (David, 1998)。目前最主要控制方式及在排氣端裝設不同濾材控制引擎排氣的粒狀與氣狀污 染物濃度。

不同型式的靜電集塵器已經被廣泛的用於補集粒狀污染物，如：發電廠、鋼鐵 業、石化業及焚化爐等。靜電集塵器對微粒的收集效率受到相當多因素影響，大致可 分為微粒特性、集塵器特性及一些外在因素﹝如風量等﹞。不過無論從理論或是實驗 均可以發現在某些情況之下，粒徑較小的微粒，特別是粒徑小於100 nm 的微粒，常 會有充電不足的現象，且隨著微粒粒徑越小其不帶電的比例越高，不帶電的微粒在電 場中並不會受到庫侖力的作用被收集，以致於當微粒粒徑小至某一程度之後，靜電集 塵器的微粒收集效率反而會變低 (Hung, 2002)。亦即，由能源消耗觀點而言，靜電 集塵器雖是最有效的空氣物染防治設備，但卻無法有效過濾奈米微粒。

本研究目的在於說明利用海綿做為濾材是否可有效控制奈米微粒。一般的狀況 下，濾材的過濾效率除了會因為濾材本身的特性包括種類、孔隙度、厚度、填充密度 等的不同而有所差異之外，也會受到負載微粒的特性，如分佈情形所影響(Ichitsubo,

1996)，而奈米微粒是否也會有相同的物理特性，卻鮮少被提出討論。此外，另外更 可以將海綿與靜電集塵器作一串接，以期發展可以有效收集次微米至奈米微粒且操作 經濟的空氣污染防治設備。彈性聚氨酯海綿(polyurethane foam)所形成的濾材，能夠 符合各種過濾作用的設計準則，這些過濾作用包括了由空氣、氣體和液體中移除粉塵 和污染微粒，且海綿具有開放性孔洞的骨架結構，過濾時產生的空氣阻抗與壓降均較 低，也具有較大的微粒負載量，或許適合作為引擎排氣管的濾材更可以控制移動式引 擎排放廢氣中奈米微粒濃度。