室內(nèi)空氣污染物降解效果的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法研究

方 正，王佳黎，李 凱，張 雯，劉仁紅，余海洋

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

1 引 言

隨著生活水平的提高，人們的居住條件不斷得到改善，同時(shí)也帶來(lái)了因建筑、裝修材料和家具等所造成的室內(nèi)環(huán)境污染問(wèn)題，直接威脅著人們的身體健康。室內(nèi)空氣污染治理日益得到人們的重視。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)的凈化產(chǎn)品種類越來(lái)越多。但由于此類產(chǎn)品還沒(méi)有相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和凈化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，使得其性能無(wú)法得到認(rèn)定，嚴(yán)重阻礙了凈化治理產(chǎn)品市場(chǎng)的健康發(fā)展，也給消費(fèi)者選擇凈化產(chǎn)品帶來(lái)了極大的困難。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用靜態(tài)測(cè)試方法評(píng)價(jià)凈化產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)空氣污染物的降解效果[1-4]，但與在室內(nèi)環(huán)境條件下實(shí)際使用情況不符，不能用于評(píng)價(jià)凈化產(chǎn)品在室內(nèi)實(shí)際使用時(shí)的降解效果。因此，迫切需要研究一套科學(xué)合理的凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)試方法，為國(guó)家有關(guān)部門和單位制定統(tǒng)一的凈化產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。該文采用氣候箱模擬室內(nèi)環(huán)境條件，以苯、甲苯、二甲苯為目標(biāo)污染物，對(duì)室內(nèi)空氣污染物降解效果的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法進(jìn)行了研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

動(dòng)態(tài)測(cè)試法的建立是基于模擬室內(nèi)環(huán)境條件，以固定速率釋放有害物質(zhì)，在氣候箱內(nèi)與凈化材料充分接觸，并以一定的空氣交換率進(jìn)行新空氣置換，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，受有害物質(zhì)、凈化材料、新空氣共同影響的箱內(nèi)氣體濃度可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。方法概述如下：采用氣候箱模擬室內(nèi)環(huán)境，使其達(dá)到一定的實(shí)驗(yàn)條件（溫度、濕度、空氣流速和空氣交換率等）；按一定的流速通入有毒有害標(biāo)準(zhǔn)氣體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，箱內(nèi)氣體濃度即可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；放入凈化產(chǎn)品進(jìn)行降解，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，箱內(nèi)氣體濃度將達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡；由動(dòng)態(tài)平衡氣體濃度和氣體流速可計(jì)算出凈化產(chǎn)品在該實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)有害氣體的降解率。

2.2 材料與試劑

空氣凈化裝置；苯、甲苯、二甲苯，均為分析純；苯、甲苯、二甲苯混合標(biāo)準(zhǔn)氣體，由中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院提供。

2.3 儀器設(shè)備

恒溫恒濕氣候箱：容積為1m3，箱體內(nèi)表面為惰性材料，由恒溫箱體、溫濕度調(diào)節(jié)控制及監(jiān)控系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)控制裝置、空氣過(guò)濾器、空氣循環(huán)系統(tǒng)等部分組成；氣相色譜儀（Agilent 6890N）；Turbo Matrix TD熱脫附儀（Perkin Elmer Inc.USA）；QC-4大氣采樣器。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

按照GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]的要求，設(shè)置氣候箱內(nèi)空氣溫度為23.0℃、相對(duì)濕度為50.0%。氣候箱內(nèi)條件穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)空氣交換率為200L/h，并向箱內(nèi)發(fā)送目標(biāo)污染物，待箱內(nèi)氣體充分混合后開(kāi)始采集。每天檢測(cè)2次，直到連續(xù)3次檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定，即為檢測(cè)終點(diǎn)，并以最后3次數(shù)據(jù)的平均值作為凈化前動(dòng)態(tài)平衡濃度。保持條件不變，將空氣凈化裝置放入已達(dá)到平衡濃度的氣候箱內(nèi)，采集方法同前，以最后3次穩(wěn)定檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為凈化后動(dòng)態(tài)平衡濃度。

采樣方法依據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。苯、甲苯、二甲苯濃度檢測(cè)方法依據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中附錄C室內(nèi)空氣中總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）的檢測(cè)方法（熱解析/毛細(xì)管氣相色譜法）。

2.5 數(shù)據(jù)處理

氣候箱內(nèi)氣體濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：101.3 kPa，273 K）推算：

式中：Cb——標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，mg/m3；

Ci——?dú)夂蛳鋬?nèi)動(dòng)態(tài)平衡濃度，mg/m3；

Qb——標(biāo)準(zhǔn)氣體流量，mL/min；

Qs——?dú)夂蛳鋬?nèi)空氣交換率，mL/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 污染物發(fā)生源的選擇

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在靜態(tài)測(cè)試凈化產(chǎn)品時(shí)，多采用有機(jī)溶劑自然揮發(fā)產(chǎn)生目標(biāo)污染物[6]，也有研究者采用動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)發(fā)送甲醛氣體作為污染源[7]。因此，實(shí)驗(yàn)分別對(duì)液體和氣體2種類型的污染物進(jìn)行了考察，以選擇適合動(dòng)態(tài)測(cè)試方法的污染物發(fā)生源。

分別按以下3種方式向氣候箱內(nèi)發(fā)送污染物：（1）將盛有液態(tài)苯的表面皿放入氣候箱，自然揮發(fā)產(chǎn)生污染氣體；（2）將盛有液態(tài)苯的玻璃擴(kuò)散瓶放入氣候箱，通過(guò)細(xì)針頭擴(kuò)散出污染氣體；（3）直接通入苯標(biāo)準(zhǔn)氣體（濃度為468mg/m3），并以100mL/min的流速向氣候箱內(nèi)釋放污染物。按實(shí)驗(yàn)方法2.4進(jìn)行測(cè)試，并記錄48h內(nèi)氣候箱中苯的濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，用盛有液態(tài)苯的表面皿或擴(kuò)散瓶揮發(fā)苯氣體的方法，在48 h內(nèi)均無(wú)法達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。而直接使用苯標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，在4h后趨于平衡，48h內(nèi)已達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。結(jié)果表明，液態(tài)溶劑作為污染物發(fā)生源，穩(wěn)定性較差，而使用氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為發(fā)生源，操作簡(jiǎn)便易行，穩(wěn)定性較好，發(fā)送的目標(biāo)物質(zhì)濃度調(diào)節(jié)方便快捷。故實(shí)驗(yàn)采用氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為氣候箱內(nèi)的污染物發(fā)生源。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度的選擇

根據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中有害污染物濃度限量值，并結(jié)合近年來(lái)我國(guó)室內(nèi)空氣污染物的實(shí)際檢測(cè)情況[8]，確定以限量值的5倍，即苯 0.5 mg/m3、甲苯 1.0 mg/m3、二甲苯 1.0 mg/m3作為實(shí)驗(yàn)研究的污染物濃度。按照實(shí)驗(yàn)方法2.4，對(duì)苯、甲苯、二甲苯混合標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度及其釋放流量進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，當(dāng)使用濃度分別為苯55mg/m3、甲苯110mg/m3、二甲苯110mg/m3的混合標(biāo)準(zhǔn)氣體，并控制流速為30mL/min時(shí)，氣候箱內(nèi)目標(biāo)氣體濃度最接近預(yù)期值。按照式（1）計(jì)算出氣候箱內(nèi)氣體濃度的理論值，并將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較，相對(duì)偏差分別為-6.1%、8.2%、-7.1%，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度的分析結(jié)果

3.3 穩(wěn)定性考察

3.3.1 凈化前氣體穩(wěn)定性考察

為了驗(yàn)證該方法的穩(wěn)定性，首先對(duì)凈化前氣候箱內(nèi)氣體濃度的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。將混合標(biāo)準(zhǔn)氣體（濃度分別為苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110mg/m3）以30mL/min的流速通入氣候箱，按照實(shí)驗(yàn)方法2.4采樣檢測(cè)。直到檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定，以最后一次的檢測(cè)結(jié)果為0 h氣體濃度，再每8 h檢測(cè)1次，共檢測(cè)6次，氣體濃度的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。由表可知，苯、甲苯、二甲苯濃度6次測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均在10%以下。結(jié)果表明該方法采用的氣體污染源穩(wěn)定性良好。

表2 凈化前氣體穩(wěn)定性考察結(jié)果

3.3.2 凈化時(shí)氣體穩(wěn)定性考察

在3.3.1條件下，放入空氣凈化裝置，考察凈化裝置發(fā)生作用后氣候箱內(nèi)氣體濃度的穩(wěn)定性。直到檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定，以最后一次的檢測(cè)結(jié)果為0 h氣體濃度，再每8 h檢測(cè)1次，共檢測(cè)6次，氣體濃度的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。由表可知，各參數(shù)6次測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在10%以下。結(jié)果表明，該方法采用的氣體污染源在凈化裝置運(yùn)行后穩(wěn)定性良好。

表3 凈化時(shí)氣體穩(wěn)定性考察結(jié)果

3.4 重復(fù)性考察

3.4.1 凈化前氣體重復(fù)性考察

按照上述實(shí)驗(yàn)方法，以氣候箱中目標(biāo)污染物濃度為指標(biāo)，對(duì)凈化前氣候箱內(nèi)氣體濃度進(jìn)行了重復(fù)性考察。以30mL/min的流速向氣候箱內(nèi)通入混合標(biāo)準(zhǔn)氣體（濃度分別為苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110 mg/m3），按照實(shí)驗(yàn)方法2.4采樣檢測(cè)，直到檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定，以最后3次穩(wěn)定檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值為該次檢測(cè)的動(dòng)態(tài)平衡濃度。每次重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，均將氣候箱內(nèi)污染物排出并清洗干燥后，再開(kāi)始該次實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。由表可知，各參數(shù)6次測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在10%以下。結(jié)果表明，該方法采用的氣體污染源重復(fù)性良好。

3.4.2 凈化后氣體重復(fù)性考察

在3.4.1的條件下，放入空氣凈化裝置，考察了凈化后氣候箱內(nèi)氣體濃度的重復(fù)性。每次重復(fù)實(shí)驗(yàn)均在氣體污染物濃度達(dá)到穩(wěn)定值后進(jìn)行，共得到6次測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表5。由表可知，各參數(shù)6次測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在10%以下。結(jié)果表明，該方法的氣體污染源在凈化產(chǎn)品運(yùn)行后重復(fù)性良好。

表4 凈化前氣體重復(fù)性考察結(jié)果

表5 凈化后氣體重復(fù)性考察結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

該文建立的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，能實(shí)現(xiàn)模擬室內(nèi)溫度、濕度、空氣交換及有害物質(zhì)釋放等環(huán)境條件，具有氣源濃度調(diào)節(jié)方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定性和重復(fù)性均良好，可測(cè)試空氣污染物濃度為限量值5倍時(shí)凈化產(chǎn)品的降解作用。該方法可用于評(píng)價(jià)在模擬室內(nèi)環(huán)境條件下凈化產(chǎn)品的凈化效果。

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