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建筑裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物及去除設(shè)備研究現(xiàn)狀
2 現(xiàn)有建筑中揮發(fā)性有機(jī)物的情況
中國(guó)華科大學(xué)健康學(xué)院1995年冬天對(duì)剛裝修的兩個(gè)居民房進(jìn)行了兩個(gè)半月的VOC測(cè)量，發(fā)現(xiàn)這些房中產(chǎn)生不同程度的甲醇、乙醇、戊烷、已烷、苯、庚烷、環(huán)已烷、甲苯、二甲苯、乙基苯[2]。其中最主要的有機(jī)物是甲醇，苯，甲苯和二甲苯。中國(guó)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)所對(duì)一個(gè)辦公室空氣污染進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)辦公室內(nèi)主要有機(jī)物是苯、甲苯、二甲苯、乙苯和甲醛，濃度從0.1mg/m3到0.96 mg/m3。
美國(guó)環(huán)保局（EPA）通過對(duì)16個(gè)建筑的隨機(jī)抽樣發(fā)現(xiàn)，有4個(gè)建筑中的VOC濃度超過了0.4 mg/m3。歐洲對(duì)9個(gè)國(guó)家的56棟建筑進(jìn)行了室內(nèi)VOC濃度的測(cè)量[3]，發(fā)現(xiàn)有22棟建筑中VOC濃度超過0.2 mg/m3。文獻(xiàn)[4]指出日本住宅中的有機(jī)物濃度為0.19～0.643 mg/m3。文獻(xiàn)[5]指出瑞典公寓中VOC濃度為0.31 mg/m3，居民家庭中為0.47 mg/m3。文獻(xiàn)[6]指出英國(guó)綜合建筑中VOC濃度為0.2 mg/m3。
從上述調(diào)查情況可以看出，目前室內(nèi)VOC污染狀況是比較嚴(yán)重的。
3 不同建筑裝飾揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)量測(cè)量
為了從污染源上控制VOC的產(chǎn)生，國(guó)內(nèi)外很多單位都對(duì)建筑裝飾材料的VOC散發(fā)情況進(jìn)行了測(cè)量。文獻(xiàn)[7]對(duì)中國(guó)生產(chǎn)的8種室內(nèi)材料即酸漆、黑漆、地板清潔劑、地板蠟、空氣清新劑、地毯背面粘接劑、墻約、墻紙粘接劑和彩色墻紙進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其散發(fā)的VOC有3～30種。文獻(xiàn)[8]指出了TVOC的最大傳和其衰減度隨著材料的不同而不同，流態(tài)物質(zhì)如油漆、清漆和地板油的衰減度最大。EPA做了實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)各種室內(nèi)污染源的散發(fā)量，同時(shí)確認(rèn)各種因素對(duì)散發(fā)量的影響[9]，這些因素包括溫度、相對(duì)濕度、空氣變化及小室負(fù)荷。結(jié)果表明，空氣換氣次數(shù)對(duì)散發(fā)量尤其是濕材料的散發(fā)量有很大的影響。
文獻(xiàn)[10]對(duì)37種典型的加拿大民用住宅所使用的建筑裝飾材料發(fā)散的VOC進(jìn)行了測(cè)量，得出了這些材料的VOC數(shù)據(jù)庫(kù)。
目前世界上已有3個(gè)體積為55 m3 (5m×4m×2.75m)的實(shí)驗(yàn)室用于研究建筑裝飾材料的VOC產(chǎn)生量，它們分別是IRC/NRC①，NRMRL/USEPA②和CSIRO/Austrlia③，這些實(shí)驗(yàn)室均用不銹鋼制作，具有加熱、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠控制室內(nèi)各種參
數(shù)。
為了使各實(shí)驗(yàn)室所測(cè)得的數(shù)據(jù)有可比性及可靠性，歐洲已經(jīng)建立了對(duì)室內(nèi)污染物測(cè)量方法、選樣方法、數(shù)據(jù)分析方法、結(jié)果整理方法等統(tǒng)一的協(xié)定方案[11]。
4 建筑裝飾材料VOC散發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的制定和材料的分類
目前我國(guó)國(guó)家質(zhì)檢總局已頒發(fā)了《室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量》10項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，從2002年7月1日開始的散發(fā)量作了規(guī)定[12]。北歐國(guó)家根據(jù)普通材料最大的VOC散發(fā)量為40，100和數(shù)百ug/(m2·h)，將材料分為MEC-A（低揮發(fā)性材料），MEC-B（中揮發(fā)性材料）和MEC-C（高揮發(fā)性材料）3類[13]。
美國(guó)EPA現(xiàn)在做出了污染源分類數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)含有材料的VOC散發(fā)量及毒性[14]。
5 揮發(fā)性有機(jī)物散機(jī)理的研究
揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)率通常由以下兩個(gè)過程決定[15]：①材料內(nèi)部的擴(kuò)散；②材料表面到周圍空氣的散發(fā)。材料內(nèi)部的擴(kuò)散是濃度梯度、溫度梯度及密度梯度共同作用的結(jié)果。每種化合物都有自己的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，與其相對(duì)分子質(zhì)量、分子體積、溫度及與被擴(kuò)散的物質(zhì)特性有關(guān)。表面散發(fā)由幾種機(jī)理共同作用，包括蒸發(fā)和對(duì)流。對(duì)于表面散發(fā)而言，VOC的散發(fā)率會(huì)受到空氣中濃度、氣流速度及溫度的影響[16，17]。根據(jù)材料的不同，VOC的產(chǎn)生率可能由上述一個(gè)或兩個(gè)因素起決定作用。
根據(jù)散發(fā)機(jī)理的不同，室內(nèi)建筑裝飾材料的散發(fā)模型，總體上可分為兩類即經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃湍Ｐ汀?BR>
6 揮發(fā)性有機(jī)物去除機(jī)理和去除設(shè)備的研究
目前人們主要集中研究活性炭和光觸媒設(shè)備對(duì)VOC的去除特性。吸附是由于吸附劑和吸附質(zhì)分子間的作用力引起的，這些作用力分為兩大類--物理作用力和化學(xué)作用力，它們分別引起物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是可逆過程，只能暫阻擋污染而不能消除污染。而化學(xué)吸附是不可逆的過程，是揮發(fā)性物質(zhì)的分子與吸附劑起化學(xué)反應(yīng)而生成非揮發(fā)性的物質(zhì)，這種機(jī)理可使得低沸點(diǎn)的物質(zhì)如甲醛被吸附掉�；钚蕴渴亲畛Ｓ玫奈絼�，它對(duì)許多VOC都是很有效的，但對(duì)甲醛作用很小。
已有的研究成果表明活性炭對(duì)芳香族化合物的吸附優(yōu)于對(duì)非芳香族化合物的吸附，如對(duì)苯的吸附優(yōu)于對(duì)環(huán)已烷的吸附；對(duì)帶有支鍵的烴類物質(zhì)的吸附優(yōu)于直鍵烴的吸附；對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的化合物的吸附總是高于相對(duì)分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低化合物的吸附；空氣濕度增大，則可降低吸附的負(fù)荷；吸附質(zhì)濃度越高，則吸附量也越高；吸附量隨溫度升高而下降；吸附劑內(nèi)表面積愈大，吸附量越高。浸了高錳酸鉀的氧化鋁（PIA）對(duì)甲醛及低濃度的醛和有機(jī)酸有很高的去除效率。所以PIA經(jīng)常與活性炭聯(lián)合起來使用以提高過濾器的效率。
目前美國(guó)上有3種化學(xué)過濾器，都是用活性炭作為吸附劑的[18]，第1種是V字型裝有大顆粒的活性炭，第2種是折邊型裝有小顆粒的活性炭，第3種是折邊型的活性炭編織物過濾器，效率為40%～80%，當(dāng)風(fēng)速為2.5m/s時(shí)阻力為約100Pa。
光觸媒設(shè)備是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)，N型半導(dǎo)體吸收能量大于或等于禁帶寬度（禁帶能量）的光子（hv）后，進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)價(jià)帶上的受激發(fā)路過禁帶，進(jìn)入導(dǎo)帶。同時(shí)在價(jià)帶上形成光致空穴。可以用作光催化劑的N型半導(dǎo)體種類繁多，有TiO2，ZnO， Fe2O3，CdS和 WO3等。由于TiO2的化學(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、難溶，并且具有較深的價(jià)帶能級(jí)，可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的TiO2表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之TiO2無毒、低，所以被廣泛用作光催化氧化反應(yīng)的催化劑。TiO2的禁帶寬度（Eg）為3.2Ev，當(dāng)用波長(zhǎng)小于387nm的光照射TiO2時(shí)，由于光子的能量大于禁帶的寬度，其價(jià)帶上的電子被激發(fā)，躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成相應(yīng)的空穴。光致空穴h+具有很強(qiáng)的捕獲電子的能力，而導(dǎo)帶上的光致電子e-又具有高的活性，在半導(dǎo)體表面形成了氧化還原體系。利用光致空穴h+和光致電子e-與空氣中的水分和氧氣相互反應(yīng)產(chǎn)生的具有高濃度活性的氫氧游離基·OH，可氧化各種有機(jī)物質(zhì)并使之礦化。如下所示：
有機(jī)污染物的降解機(jī)理與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子結(jié)構(gòu)不同其降解機(jī)理及途徑也有差異。Hashimoto等研究了脂肪族化合物的光催化降解機(jī)理，認(rèn)為脂肪烴先于·OH生成醇，并進(jìn)而氧化為醛和酸，終生成二氧化碳和水[19]。文獻(xiàn)[20]指出TiO2光催化反應(yīng)中，一些芳得族化合物的光催化降解過程往往伴隨著多種中間產(chǎn)物的生成。目前，對(duì)于各類芳香族化合物的光催化降解機(jī)理研究還很不完備，初步研究認(rèn)為其主要降解機(jī)理還是在·OH基的作用下，芳香環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并進(jìn)一步開環(huán)，從而逐步被氧化，最終礦化為二氧化碳、水及小分子無機(jī)物。
對(duì)室內(nèi)甲醛和甲苯的研究表明，污染物光催化氧化與其濃度有關(guān)，質(zhì)量數(shù)在1×10-4以下的甲醛可完全被光催化分解為二氧化碳和水，而在較高濃度時(shí)，則被氧化成為甲酸。高濃度的甲苯光催化降解時(shí)，由于生成的難分解的中間產(chǎn)物富集在TiO2周圍，阻礙了光催化反應(yīng)的進(jìn)行，去除效率非常低，但低濃度時(shí)TiO2表面則沒有中間產(chǎn)物生成。
文獻(xiàn)[21]對(duì)非均相光催化技術(shù)在室內(nèi)空氣品質(zhì)控制方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究。指出光催化氧化技術(shù)室內(nèi)空氣中低濃度的VOC有著良好的效果。光催化氧化設(shè)備可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，而且氣體通過時(shí)壓力降低可忽略不計(jì)，這樣很容易加裝到中央空調(diào)空調(diào)的系統(tǒng)中去。美國(guó)新澤西州的通用空氣技術(shù)（UAT）公司已開發(fā)生產(chǎn)了落地式及管道式光催化空氣交凈化與消毒設(shè)備[22]。
盡管許多廠家都在研制VOC去除設(shè)備，但對(duì)于室內(nèi)多種有機(jī)物污染并存的情況，如何描述這些設(shè)備的性能及如何用于實(shí)際工程中，則是亟待解決的問題。
7 結(jié)語(yǔ)
7．1 國(guó)內(nèi)外實(shí)測(cè)結(jié)果表明，目前許多中存在VOC污染。國(guó)內(nèi)這方面的研究剛起步，建議有關(guān)部門應(yīng)規(guī)范現(xiàn)有建筑裝飾，根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，盡快建立建筑裝飾材料VOC數(shù)據(jù)庫(kù)。
7．2 為了評(píng)估建筑裝飾材料對(duì)室內(nèi)帶來的揮發(fā)性有機(jī)物，應(yīng)考慮實(shí)際房間中多污染源的問題，通過建立合理的房間污染模型來切實(shí)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行和維護(hù)。
7．3 針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外空調(diào)房間存在揮發(fā)性有機(jī)物的污染的問題，應(yīng)該改變空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法即從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮這些污染的去除問題，并開發(fā)出用于去除各種污染包括牢固揮發(fā)性有機(jī)物的高效設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
1 Molhave L. Volatile organic compounds, indoor air quality, and health. Proceedings of the 5th International Conference on Indoor Air Quality and Climate Indoor Air'90, V5:15-34
2 Li Y, Hu J, Liu G, et al. Determination of volatile organic compounds in residential buildings. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: 601-605.
3 Bluyssen P M, Oliveria Fernandes E De, Fanger P O, et al. Final report, European audit project to optimize indoor air quality and energy consumption in office buildings, (Contract JOU2-CT92-0022), TNO Building Construction Research, Delft, The Netherlands, 1995.
4 Park J S, Fujii S, Yuasa K, et al. Characteristics of volatile organic compounds in residence. Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate-Indoor Air'96, V3, 1997:579-584
5 Englund F, Hardrup L E. Indoor air voc levels during the first year of a new three-story building with wooden frame. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: 47-51
6 Yu C, Crump D, Squire R. The indoor air concentration and the emission of VOCs and formaldehyde from materials installed in BRE low energy test houses. Indoor and Built Environment, 1997(6):45-55.
7 Han K, Jing H. Chamber testing of VOCs from indoor materials. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997:107-111
8 Tahtinen M, Saarela K, Tirkkonen T et al. Time dependence of tvoc emission for selected materials. Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997:591-596.
9 EPA Report No. EPA-600/R-94-141. Characterization of emissions from carpet samples using a 10 gallon aquarium as the source chamber. Prepared by Acurex Environmental Corporation for the U S Environmental Protection Agency Office of Research and Development, 1994.
10 Figley D, Makohon J, Dumont R, et al. Development of a voc emission database for building materials. The Proceedings of the 7thd International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air' 96, V3, 1997: 53-58.
11 Saarela K, Clausen G, Pejtersen J, et al. European database on indoor air pollution sources in buildings, principles of the protocol for testing of building materials. The Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997:83-88.
12 Schriever R, Marutzky R. VOC emissions of coated parquet floors. Indoor Air'90. Proceedings of the 5th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. Toronto, 1990, 3:551-555.
13 Saarela K, Sandell E. Comparative emission studies of flooring materials with reference to nordic guidenlines. ASHRAE IAQ 94 Healthy Buildings Conference Proccedings, Washington, DC: 262-265.
14 Johnston P K, Cinalli C A, Girman J R ,et al. Priority ranking and characterisation of indoor air sources. Characterising Sources of Indoor Air Pollution and Related Sink Effects. ASTM STP 1287, Bruce A Tichenor editor, American Society for Testing and Materials, USA, 1996:392～400。
15 Knudsen H N, Kjaer U D, Nielsen P A. Characterization of emissions from building products: long-term sensory evaluation, the impact of concentration and air velocity. The Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate-Indoor Air'96, V3, 1997: 551-556.
16 Tichnor B A, Guo Z, Sparks L E. Fundamental mass transfer model for indoor air emissions form surface coatings. Indoor Air, 1993, 3 (4): 263-268.
17 Clausen P A. Emission of volatile and semi-volatile organic compounds from water borne paints- the effect of film thickness. Indoor Air: International Journal of Indoor Air quality and Climate, 1993, 3 (4): 269-275.
18 Michael A J. Chemical filtration of indoor air : An application primer. ASHRAE J, 1996 (2).
19 Hashimoto Kazuhito, et al. J Phys. Chem, 1984, 88: 4083-4088.
20 藤嶼昭，機(jī)能材料，1998，18（9）：29
21 Jacoby W A, et al. Heterogeneous photocatalysis for control of volatile organic compunds in indoor air. J Air & Waste Manage Assoc, 1996, 46:891-899.
22 http://www.universalair.com
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