室內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物研究進(jìn)展

薛 璐，馬俊杰

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710127)

室內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物研究進(jìn)展

薛 璐，馬俊杰

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710127)

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是主要的室內(nèi)空氣污染物。主要從室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的污染現(xiàn)狀出發(fā)，重點(diǎn)探討了室內(nèi)VOCs的模型模擬和VOCs安全限量值的研究，分析了室內(nèi)VOCs監(jiān)測(cè)和凈化技術(shù)，進(jìn)而，指出目前研究中存在的問題，并提出了今后研究工作的方向。

室內(nèi)空氣污染；揮發(fā)性有機(jī)物；研究進(jìn)展

1 研究背景及意義

室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的種類繁多，來源廣泛[1]。建材裝修[2-3]、家具、壁紙、化纖地毯、香水、香煙、廚房油煙[4-10]等日常生活用品以及汽車尾氣、工業(yè)廢氣[11-12]等室外污染物都是室內(nèi)VOCs的重要來源。

揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)人體健康危害嚴(yán)重。研究表明：若長(zhǎng)期處于含有揮發(fā)性有機(jī)物的環(huán)境中，會(huì)引起呼吸道毒性、神經(jīng)毒性、心血管毒性、肝腎毒性、免疫系統(tǒng)毒性并且具有致癌性。研究表明揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)新生兒、兒童的生長(zhǎng)發(fā)育、男性和女性生殖系統(tǒng)疾病和早期的老年癡呆癥都可能產(chǎn)生重要影響[13-19]。因此，研究室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)改善室內(nèi)環(huán)境和保障人體健康具有重要意義。

2 研究進(jìn)展

2.1揮發(fā)性有機(jī)物污染現(xiàn)狀

對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染現(xiàn)狀的研究有助于對(duì)它更好地了解并更有效地控制。國(guó)內(nèi)外一些權(quán)威機(jī)構(gòu)及學(xué)者對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行了一些實(shí)例研究。LUYSSEN等對(duì)9個(gè)歐洲國(guó)家的56棟建筑進(jìn)行了揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)量[20]，結(jié)果表明，在建筑物室內(nèi)總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOCs)的濃度有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，并且總揮發(fā)性有機(jī)物的濃度值與樓層高低有關(guān)，低樓層內(nèi)的總揮發(fā)性有機(jī)物的濃度值受室外汽車尾氣影響較大，較高樓層內(nèi)的總揮發(fā)性有機(jī)物的濃度污染則主要來自裝飾材料和辦公設(shè)備的表面揮發(fā)物；KRAUSEHE和BRICKUS等分別監(jiān)測(cè)了德國(guó)和巴西家庭環(huán)境中50多種不同種類揮發(fā)性有機(jī)物的值，結(jié)果表明：甲醛和苯系物是室內(nèi)主要的揮發(fā)性有機(jī)物[21-22]；國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究有：彭燕等、劉建磊、朱孔敏分別對(duì)廣州市、杭州市、長(zhǎng)沙市的室內(nèi)家居環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)物的現(xiàn)狀做了調(diào)查和分析[23-25]；龔幸頤等、董燕分別對(duì)北京大學(xué)、東北師范大學(xué)的室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的變化規(guī)律做了分析和考查[26-27]；另外還有一些學(xué)者關(guān)注于公共場(chǎng)所的室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度水平及影響因素。結(jié)果表明：城市家居環(huán)境、校園環(huán)境、辦公建筑集中群以及公共場(chǎng)所中的室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染水平具有明顯差異，其中甲醛的污染程度一般為公共場(chǎng)所>辦公建筑集中群>城市家居環(huán)境>校園環(huán)境。

2.2模擬模型及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究

2.2.1 模型研究

模擬室內(nèi)裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物的擴(kuò)散、吸附、揮發(fā)過程，一般考慮揮發(fā)性有機(jī)物釋放源的種類及其釋放的規(guī)律，以及是否有吞吐物存在(吞吐物指能對(duì)源所釋放揮發(fā)性有機(jī)物的物理吸附和解析、化學(xué)分解以及其他損失的材料)。室內(nèi)裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物的釋放過程見圖1。

圖1 室內(nèi)裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物釋放過程圖Fig.1 VOCs release process of indoor decoration materials

現(xiàn)在經(jīng)常提到的模型有：?jiǎn)渭儞]發(fā)模式[28]、稀釋模式[29]、蒸氣壓模式[30]以及吞吐效應(yīng)模式[31]。4種模型的特點(diǎn)、適用條件、應(yīng)用情況及存在問題見表1。

表1 室內(nèi)裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物模型

應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)不同狀態(tài)的裝飾材料，影響其釋放揮發(fā)性有機(jī)物的因素也不同。比如：YANG,TOPP等分別模擬了干材料和濕材料的VOCs釋放特征、傳輸過程。結(jié)果表明：干材料揮發(fā)性有機(jī)物主要考慮材料內(nèi)部的擴(kuò)散和材料表面的散發(fā)，而濕材料釋放揮發(fā)性有機(jī)物根據(jù)使用時(shí)間考慮的因素也有所不同，蒸發(fā)過程是開始使用濕材料時(shí)需主要考慮的因素，隨后擴(kuò)散代替蒸發(fā)變?yōu)橹饕目紤]因素[32-33]。

應(yīng)當(dāng)指出的是，目前的各種理論模型的模擬還處在研究初期，大部分還只局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。在實(shí)際模擬中，應(yīng)根據(jù)裝飾材料的不同選擇合適的模型，對(duì)一些隨著使用時(shí)間增加釋放的揮發(fā)性有機(jī)物也不斷變化的材料，應(yīng)模擬不同時(shí)間段的揮發(fā)性有機(jī)物釋放過程，或者將幾種模式結(jié)合起來模擬一種材料釋放揮發(fā)性有機(jī)物的不同過程，以期使模型得到優(yōu)化，能夠很好地應(yīng)用在實(shí)際揮發(fā)性有機(jī)物釋放過程的模擬中。

2.2.2 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1990年，德國(guó)科學(xué)家SEIFERT推薦了一套室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度指導(dǎo)限值[34]；2000年，WHO公布了甲醛、二甲苯和p-二氯苯3種揮發(fā)性有機(jī)物的指導(dǎo)限值。目前中國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照的是2001年衛(wèi)生部頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量衛(wèi)生規(guī)范》和2002年國(guó)家環(huán)保部頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)》[35]，但是只規(guī)定了甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOCs 5種室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)其他的室內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物未給出安全限值。因此，有效地測(cè)定多種室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物濃度并掌握其安全限值是研究熱點(diǎn)。目前譚和平等對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了研究，分析了17種常見室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，并初步給出了它們的安全限量值，對(duì)完善中國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具有很大的參考價(jià)值[36]。具體新增指標(biāo)見表2。

現(xiàn)有研究新增了其他室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的安全限量值，完善了現(xiàn)行GB/T 18883—2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的指導(dǎo)意義。應(yīng)當(dāng)指出的是，在實(shí)際工作中，需對(duì)這些揮發(fā)性有機(jī)物的安全限量值做進(jìn)一步驗(yàn)證。

表2 文獻(xiàn)[36]室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物新增指標(biāo)與GB/T 18883—2002指標(biāo)對(duì)比

2.3監(jiān)測(cè)及凈化技術(shù)研究

2.3.1 監(jiān)測(cè)技術(shù)

通常用于測(cè)定室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的方法有氣相色譜法(GC) 、高效液相色譜法(HPLC) 、氣質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)。這3種方法各具優(yōu)勢(shì)：氣相色譜法是測(cè)定室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物較為成熟的方法，是室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法；高效液相色譜法對(duì)樣品的揮發(fā)性要求不是很嚴(yán)格[37]；而氣質(zhì)聯(lián)用法具有良好的分離能力和定性鑒別能力,經(jīng)常用于痕量揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)[38]。這3種方法的對(duì)比結(jié)果詳見表3。

國(guó)外對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定還有以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的測(cè)定儀，但這些儀器操作復(fù)雜，并且價(jià)格昂貴，限制了這些測(cè)定技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展[39]。因此，現(xiàn)階段，如何更準(zhǔn)確、方便、快捷地監(jiān)測(cè)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物成為了研究的焦點(diǎn)。目前較具潛力的是基于光離子化檢測(cè)器(PID)制作的監(jiān)測(cè)儀，靈敏度比FID高50～100倍。但德忠課題組利用光離子化檢測(cè)器的高靈敏性和高選擇性研究出先進(jìn)的室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物便攜式快速測(cè)定儀，并給出了一定的測(cè)定方法和步驟，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物的變化規(guī)律并有效地反映其污染狀況，可以對(duì)室內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定[37，40-41]。但是，現(xiàn)在類似的快速測(cè)定儀只是在實(shí)驗(yàn)室中成功監(jiān)測(cè)，并未推廣到市場(chǎng)廣泛使用，未來研究應(yīng)關(guān)注于監(jiān)測(cè)儀器實(shí)際應(yīng)用問題。

表3 3種揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

2.3.2 凈化技術(shù)

通常用到的凈化技術(shù)有：吸附法、吸收法、光催化降解技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)、生物凈化法以及綠色植物自然吸附法等[42-43]。

目前，對(duì)凈化技術(shù)的研究主要集中在以下4個(gè)方面。

1)新型吸附劑及吸附能力的改進(jìn)研究。近些年已研制出各種新型的活性炭, 如蜂窩狀活性炭、球狀活性炭、活性炭纖維( ACF) 和新型活性炭等[44-45]。許多學(xué)者對(duì)吸附劑的吸附能力改進(jìn)展開了探索。例如：AO等對(duì)活性炭纖維研究表明，活性炭纖維作為新型吸附劑，具有吸附容量大、吸附速度快等特點(diǎn)[46]，尤其是與光催化相結(jié)合對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的凈化更優(yōu)越；CRESPO等通過實(shí)驗(yàn)證明單層活性炭納米管對(duì)于噻吩的吸附能力要優(yōu)于活性炭[47]。

2)光催化降解技術(shù)的研究。目前，利用TiO2納米粒子光催化氧化室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物是目前最具發(fā)展前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)[48-49]。國(guó)外通常用TiO2粉末作為光催化劑來降解苯系物[50]，國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)90年代起開展這方面的研究，有學(xué)者分別通過玻璃彈簧負(fù)載TiO2薄膜光催化劑、納米TiO2涂料光催化對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)部分室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物有很好的降解效果[51]。

3)一些技術(shù)的聯(lián)用研究。有些學(xué)者提出某兩種技術(shù)的聯(lián)用對(duì)有機(jī)物的降解有促進(jìn)作用。目前較多的聯(lián)用技術(shù)有：低溫等離子體技術(shù)與光催化技術(shù)的聯(lián)用、吸附法與光催化技術(shù)的聯(lián)用。常凈宜采用納米TiO2光催化技術(shù)和非平衡等離子體凈化技術(shù)，將兩者結(jié)合起來對(duì)室內(nèi)空氣中的苯的降解效果進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)證明二者的結(jié)合技術(shù)優(yōu)于單一技術(shù)[52]；孫劍等研究了多孔吸附劑吸附和納米TiO2光催化聯(lián)用技術(shù)在不同反應(yīng)條件下對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物降解的性能[53]；陳孝云等對(duì)TiO2與活性炭聯(lián)用后的光降解活性進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)證明二者的聯(lián)用技術(shù)對(duì)苯酚的降解率可達(dá)到95%以上[54]。

4)對(duì)綠色植物凈化室內(nèi)空氣的探索。許多研究表明綠色植物對(duì)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物有降解作用，可以降低室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物濃度。目前研究主要集中于植物對(duì)甲醛、苯和甲苯的降解作用，但是對(duì)室內(nèi)其他揮發(fā)性有機(jī)物的研究幾乎沒有。美國(guó)航天局(NASA)研究表明：心葉蔓綠絨、鋤葉蔓綠絨、寬葉吊蘭、春羽、蘆薈等植物對(duì)甲醛凈化效果較好；洋常春藤、白鶴芋、銀邊朱焦等植物對(duì)苯凈化效果較好；國(guó)內(nèi)也有學(xué)者選取紅豆杉、美人蕉、八角金盤、茉莉、常春藤、綠蘿、驅(qū)蚊草等植物來考察它們對(duì)室內(nèi)甲醛的吸收能力[55]。但是，綠色植物吸收揮發(fā)性有機(jī)物的機(jī)理、吸收后是否會(huì)帶來新的污染等問題還有待于進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 語

1)從揮發(fā)性有機(jī)物污染現(xiàn)狀可知，中國(guó)的不同室內(nèi)環(huán)境均存在揮發(fā)性有機(jī)物污染并且污染狀況不同，尤其對(duì)家庭室內(nèi)環(huán)境和公共場(chǎng)所室內(nèi)環(huán)境應(yīng)多關(guān)注揮發(fā)性有機(jī)物污染來源及其種類，以期有效地進(jìn)行控制揮發(fā)性有機(jī)物；

2)對(duì)于模擬模型研究，目前的模型僅限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬，在實(shí)際模擬中，應(yīng)合理應(yīng)用各種模型，以期全面地模擬不同環(huán)境、不同時(shí)間段內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的釋放規(guī)律；

3)在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究領(lǐng)域，現(xiàn)有研究在現(xiàn)行《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18883—2002)的基礎(chǔ)上，新增了其他室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的安全限量值，在實(shí)際工作指導(dǎo)中，需對(duì)這些揮發(fā)性有機(jī)物的安全限量值做進(jìn)一步驗(yàn)證，并進(jìn)一步開展該領(lǐng)域的研究工作；

4)在室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)及凈化技術(shù)的研究方面，應(yīng)積極發(fā)展快速、靈敏的監(jiān)測(cè)儀器，特別是注重?cái)U(kuò)大室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)范圍；在注重多種技術(shù)聯(lián)用的基礎(chǔ)上，應(yīng)多關(guān)注生物技術(shù)和植物對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的降解作用。

綜上所述，未來的研究中，在借鑒和吸收發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地開展室內(nèi)環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染現(xiàn)狀的調(diào)查及污染控制技術(shù)等方面的研究，工作并重點(diǎn)探求室內(nèi)各污染物之間的相互影響以及在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以期對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)做出評(píng)價(jià)。

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Research progress of volatile organic compounds of indoor air

XUE Lu, MA Junjie

(College of Urban and Environmental Science, Northwestern University, Xi′an Shaanxi 710127, China)

Volatile organic compounds(VOCs)are the main pollutants of indoor air. The pollution status of indoor air VOCs is introduced. Simulation model and safety value of VOCs are discussed. Furthermore, monitoring and purification technology of VOCs are also analyzed. Finally, the existing problem and development direction of indoor air VOCs in China is provided.

indoor air pollution; volatile organic compounds; research development

1008-1534(2013)05-0371-06

X51

A

10.7535/hbgykj.2013yx0515

2013-03-11;

2013-05-28

責(zé)任編輯：王海云

薛 璐(1989-)，女，陜西榆林人，碩士研究生，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)境規(guī)劃方面的研究。

E-mail:xuelusuper@163.com