室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的凈化技術(shù)研究進(jìn)展

申亮杰，程榮，陳怡暉，鄭祥，劉鵬，石磊

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室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的凈化技術(shù)研究進(jìn)展

申亮杰，程榮，陳怡暉，鄭祥，劉鵬，石磊

（中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100872）

因其顯著威脅人體健康，揮發(fā)性有機(jī)物已成為影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素，亟需有效處理。本文回顧了目前凈化室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的主要技術(shù)，包括綠色植物法、吸附法、低溫等離子體技術(shù)、金屬催化氧化法、光催化氧化法等的研究成果，對各種凈化技術(shù)的原理、影響因素進(jìn)行了總結(jié)，并對其優(yōu)缺點及未來需要解決的問題進(jìn)行了分析。指出綠色植物法僅適于處理低濃度污染，一般作為輔助手段；吸附法的核心在于吸附劑，需考慮吸附劑的更換和再生問題；低溫等離子體技術(shù)去除率較高，但成本也較高；金屬催化氧化法需開發(fā)廉價且高效的金屬氧化物催化劑；光催化氧化法的研究多集中于TiO2的改性，以期提高其光轉(zhuǎn)化效率。本文同時簡述了目前室內(nèi)空氣凈化器市場的發(fā)展及各技術(shù)在市場應(yīng)用中的占比情況，指出了各項凈化技術(shù)在未來的熱點研究領(lǐng)域。

室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物；凈化技術(shù)；機(jī)理；催化劑

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，室內(nèi)空氣質(zhì)量問題逐漸成為人們關(guān)注的重點，室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）對人體的危害也逐漸引起人們的關(guān)注。VOCs是空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)物，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的定義，VOCs是指沸點在50～260℃、室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa的一系列易揮發(fā)化合物，一般根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為8類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類及其他化合物等[1]，其中至少有十幾種被列入美國環(huán)境保護(hù)署及我國優(yōu)先監(jiān)測污染物名錄，最常見的有甲醛、苯、甲苯、二甲苯、丙烯 醛等。

在人們的日常生活中，每天平均吸入12m3的空氣，而人們每天平均大約有80%以上的時間在室內(nèi)度過，長時間接觸這些低濃度多組分污染物將對人的皮膚、呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成極大傷害[2]，如苯、三氯甲烷和四氯乙烯等甚至對人體器官有致畸性和致癌性[3]。另一方面，由于室外環(huán)境較差，人們在現(xiàn)代建筑中的密閉性逐漸增強(qiáng)，這些都使得室內(nèi)空氣質(zhì)量成為近年來研究的熱點，而室內(nèi)VOCs的凈化更是其中的難點。

本文從室內(nèi)VOCs的主要來源及危害出發(fā)，對室內(nèi)VOCs的主要凈化方法進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)與歸納，并對其優(yōu)缺點進(jìn)行了比較分析，以期對室內(nèi)VOCs的處理提供有益的參考。

1 室內(nèi)VOCs的主要來源及危害

室內(nèi)空氣污染的來源一般分為室外污染源及室內(nèi)污染源兩方面。對于室內(nèi)污染源，最受關(guān)注的是家裝家飾所釋放出的甲醛、甲苯、二甲苯等VOCs物質(zhì)，表1為室內(nèi)VOCs主要來源與危害以及我國施行的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18883—2002）之相關(guān)規(guī)定。

VOCs的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：急性中毒、肝功能異常、神經(jīng)系統(tǒng)障礙、致癌等。如苯類化合物會損傷動物的神經(jīng)中樞，造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙等[3]；某些多環(huán)芳烴、芳香胺、醛類、鹵代烷等物質(zhì)對機(jī)體有致癌作用[4]；苯可以被皮膚所吸收或經(jīng)過呼吸系統(tǒng)吸入造成急性和慢性中毒，另外苯可在體內(nèi)被氧化為苯酚，誘發(fā)肝功能異常。此外，VOCs可在光照條件下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，二次有機(jī)氣溶膠，且VOCs也是導(dǎo)致PM2.5濃度增加的關(guān)鍵原因，這些都對人們的日常生活及健康造成極大的傷害。

表1 室內(nèi)常見VOCs的主要來源與危害及室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值

有關(guān)文獻(xiàn)報道，國內(nèi)新裝修的賓館室內(nèi)空氣甲醛濃度可達(dá)0.85mg/m3，一般住宅新裝修后甲醛濃度可達(dá)0.20mg/m3，部分甚至達(dá)到0.70mg/m3[5-7]。我國一些城市和地區(qū)均出現(xiàn)了VOCs超標(biāo)的情況，如北京市的室內(nèi)甲醛超標(biāo)率達(dá)到65.0%，鄭州市室內(nèi)甲醛超標(biāo)率達(dá)到94.7%。張淑娟等[6]采集廣東省室內(nèi)空氣樣品檢測發(fā)現(xiàn)，甲醛的平均濃度達(dá)到了0.15mg/m3，甲苯的平均濃度值為227.79μg/m3，二甲苯的平均濃度為1.077mg/m3，超標(biāo)約4.4倍?？梢姡覂?nèi)VOCs污染已然成為不容忽視的問題。

2 室內(nèi)VOCs的凈化技術(shù)

2.1 綠色植物法

某些綠色植物具有凈化室內(nèi)空氣的功效最早是由美國航天局的高級化學(xué)研究員WOLVERTON等[8-9]發(fā)現(xiàn)。他在放有綠色植物的密閉空間內(nèi)輸入污染氣體，測定24h內(nèi)污染氣體的被吸收量，結(jié)果表明，不同植物對污染氣體的吸收率存在較大差異。至此，研究者們逐漸將室內(nèi)植物用于凈化室內(nèi)空氣。

如圖1所示，植物凈化室內(nèi)空氣的機(jī)制主要涉及以下幾方面：植物莖葉吸收、植物體內(nèi)運(yùn)輸與代謝、根際微生物的降解、土壤基質(zhì)吸附等。甲醛、苯等污染物在低濃度狀態(tài)下，某些綠色植物如心葉蔓綠絨、寬葉吊蘭、蘆薈、洋常春藤等可將其轉(zhuǎn) 化為糖類、氨基酸等物質(zhì)。在眾多的室內(nèi)植物中，蘆薈、龍舌蘭、吊蘭、虎皮蘭等植物對室內(nèi)污染物具有較強(qiáng)的吸收能力，這些植物可以借助自身的新陳代謝功能將室內(nèi)VOCs如甲醛、甲苯等轉(zhuǎn)化為自身所需的有機(jī)酸、糖類等物質(zhì)[10]。王兵等[10]研究了不同植物對室內(nèi)甲醛的吸收效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉片面積為0.126m2的綠蘿與0.172m2的蘆薈在甲醛初始質(zhì)量濃度為0.85mg/m3時，吸收量分別為1.7mg/m2與0.934mg/m2，并且在光照條件下對甲醛的吸收率增加了30%左右。

圖1 綠色植物凈化室內(nèi)空氣的基本途徑

隨著研究的不斷深入，研究者們發(fā)現(xiàn)綠色植物對VOCs的吸收不僅與植被的葉片有關(guān)，而且與植物的根系及土壤之間存在必要的聯(lián)系。AYDOGAN 等[2]使用活性炭、膨脹黏土及生長石為植物的水培生長介質(zhì)栽培常青藤、菊花、轉(zhuǎn)儲甘蔗和綠蘿，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在24h內(nèi)吸收甲醛90%以上；XU等[11]通過研究植物-土壤系統(tǒng)對甲醛的去除，發(fā)現(xiàn)植物-土壤系統(tǒng)在白天時段的去除率明顯大于夜晚時段，并且盆栽土壤中存在的微生物對甲醛的去除作用占整個去除量的50%。不同植物對VOCs的處理效果見表2。

表2 不同植物對VOCs的處理效果對比

注：1atm=101325Pa。

不過，綠色植物法處理室內(nèi)VOCs的濃度（低于1.2mg/m3）一般較低，且去除效率并不理想。有研究表明，在高出1.2mg/m3污染物的環(huán)境下，植物葉片將受到不同程度的損傷[13]。針對諸類問題，一些研究者們開始選擇聯(lián)合修復(fù)技術(shù)處理VOCs，例如將活性炭與植物進(jìn)行聯(lián)合凈化室內(nèi)空氣，并且取得了相對較好的效果[2]。

目前，綠色植物法凈化室內(nèi)VOCs的研究大部分還停留在對植物本身特性的研究如植物種類、葉齡、葉片氣孔密度、葉片水分蒸騰速度等，而對于植物-培養(yǎng)基質(zhì)協(xié)同作用及轉(zhuǎn)化機(jī)制等的研究相對較少。植物在吸收了污染物后如何轉(zhuǎn)化，對環(huán)境是否產(chǎn)生二次污染等一系列問題限制了綠色植物法的發(fā)展，并且大部分植物對揮發(fā)性有機(jī)物的耐受性較弱，這也決定了綠色植物不能夠成為室內(nèi)去除VOCs的主要手段。

2.2 吸附法

吸附法是指利用某些具有吸附能力的物質(zhì)如活性碳、沸石分子篩、硅膠、活性白土、活性氧化鋁、海泡石等對VOCs進(jìn)行物理或化學(xué)吸附，達(dá)到凈化的目的。吸附法也是目前市場上使用最多的一種處理室內(nèi)VOCs的方法，其吸附效果取決于吸附劑性質(zhì)、氣相污染物種類、吸附系統(tǒng)的操作條件等。如沸石分子篩是一種人工合成的離子型多孔硅鋁酸鹽，具有良好的熱穩(wěn)定性孔道結(jié)構(gòu)及較大的比表面積，且通過靜電誘導(dǎo)使分子極化，具有很強(qiáng)的選擇性吸附作用。

隨著吸附劑研究的逐漸深入，人們發(fā)現(xiàn)其吸附性能主要取決于吸附劑本身的表面結(jié)構(gòu)特性及表面化學(xué)特性。通過某些手段對活性碳等吸附材料做改性處理，可使得其吸附容量明顯增加；采用化學(xué)與吸附雙重作用也可增加污染物質(zhì)的去除效果。黃海鳳等[14]使用2種介孔分子篩MCM-41和SBA-15對甲苯、二甲苯及三甲苯進(jìn)行了吸附實驗，結(jié)果表明，隨著VOCs分子直徑的增大，兩種分子篩顯示出更好的吸附性能；楊全等[15]使用高錳酸鉀改性活性碳進(jìn)行了吸附實驗，發(fā)現(xiàn)對甲苯的吸附飽和量相比原樣提高了13.1%。表3列出了不同吸附材料對VOCs的吸附性能。

表3 不同吸附材料對VOCs的吸附性能

如表3所示，對活性炭進(jìn)行金屬改性可以豐富活性炭的孔結(jié)構(gòu)，增加其吸附性能。由于分子篩具有高比表面積、孔徑與孔容，且孔壁上存在官能團(tuán)，可以進(jìn)行功能化處理，以增加吸附VOCs的能力或適應(yīng)不同環(huán)境如濕度的變化等。不同吸附材料的吸附容量存在較大差異，且吸附時間較長，需要周期性更換或再生，使得吸附劑的回收與再生需要消耗大量的能量，且處理不當(dāng)會造成其他的環(huán)境污染問題。另外，還存在吸附飽和及解吸的問題。這些狀況使得吸附法從主要手段逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助性手段。

2.3 低溫等離子體技術(shù)（NTP）

等離子體又稱為電漿，是由被剝奪部分電子的原子及原子團(tuán)電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子所組成的離子化氣體狀物質(zhì)，常被視為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)。等離子體技術(shù)分為高溫與低溫等離子體技術(shù)，一般最常用的為低溫等離子體，其凈化機(jī)理包含兩個方面：一是等離子體中包含大量的電子、正負(fù)離子等，與有機(jī)污染物直接作用；二是由于等離子體中包含的電子的平均能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他氣態(tài)微粒的能量，在與氣體中O2、N2等氣體分子發(fā)生碰撞過程中產(chǎn)生自由基、離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子等，繼而使得諸如·OH、HO2–及O原子等活性基團(tuán)與VOCs發(fā)生一系列反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物。

目前，低溫等離子體的生成手段主要包括直流電、交流電以及脈沖高壓等，因此相應(yīng)的諸如電子束、介質(zhì)阻擋放電（dielectric barrier discharge，DBD）及電暈放電等NTP技術(shù)出現(xiàn)在公眾的視野之中。相對于其他技術(shù)，NTP技術(shù)具有高反應(yīng)活性、去除效率高等優(yōu)勢，逐漸在去除室內(nèi)VOCs領(lǐng)域占得一席之地。表4對不同NTP技術(shù)處理VOCs的研究進(jìn)行了歸納與分析。

表4 不同NTP技術(shù)處理VOCs的研究結(jié)果

但隨著研究的深入進(jìn)行，該技術(shù)的弊端也隨之出現(xiàn)，如在反應(yīng)過程中產(chǎn)生O3、CO、NO等有害副產(chǎn)物，這使得NTP技術(shù)的發(fā)展受到很大的限制。之后研究者們嘗試考慮將NTP技術(shù)與其他凈化技術(shù)聯(lián)合，例如NTP-催化技術(shù)及NTP-吸附技術(shù)等，以達(dá)到提高凈化效率及減少有害中間物質(zhì)產(chǎn)生的目的。浙江大學(xué)ZHU等[28]采用DBD與Cu-Ce催化劑聯(lián)合去除甲醛，使初始濃度為0.058mg/m3的甲醛氣體的去除率達(dá)到97%；研究發(fā)現(xiàn)相比于單金屬，Cu-Ce同時存在的情況下提高了催化劑的表面積及空體積，可促進(jìn)活性氧基的生成，更有效地提高了反應(yīng)性能。此外，濕度也是影響低溫等離子體技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。VAN DURME等[35]利用Pd/Al2O3作為等離子體，發(fā)現(xiàn)在干燥與濕度為75%的情況下，對甲苯的去除率分別為90%與35%，可能的原因是濕度影響了范德華相互作用力。同時該實驗使用Pd/Al2O3作為催化劑，在降解甲苯的同時，催化劑表面伴有O3的生成，并且甲苯去除率與O3的生成量存在較好的線性關(guān)系。為了將O3無害化處理，作者后置Cu-Mn/TiO2(10g)催化劑，在相對濕度26%的條件下，對濃度為500mg/m3的甲苯氣體樣品進(jìn)行降解實驗，發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)的等離子體工藝相比，該聯(lián)合技術(shù)可將甲苯、O3、NO2的濃度分別減少2.6倍、2.5倍及7倍。低溫等離子體技術(shù)凈化VOCs能夠達(dá)到較好的效果，但由于其耗能較高，且反應(yīng)器的設(shè)計及高成本等因素，制約了其快速發(fā)展，這也將是未來等離子體技術(shù)需要解決的瓶頸問題。

表5 不同催化劑催化氧化VOCs的處理效果

2.4 金屬催化氧化法

催化氧化法是一種環(huán)境友好型處理VOCs的方法，即以金屬材料為催化劑，以空氣或者O2等為氧化劑進(jìn)行的氧化反應(yīng)。目前主要的兩種催化劑包括貴金屬與過渡金屬氧化物，起初的研究主要集中于Pt、Pd及Au，之后出現(xiàn)Cu、Mn、Ni、Fe及Co等相對便宜且有效的處理VOCs的催化劑。常見的金屬氧化物催化劑有Fe2O3、WO3、CeO2、ZnO、TiO2等，應(yīng)用形式包括純金屬氧化物、混合金屬氧化物及鈣鈦礦等均能得到較高的去除率。研究發(fā)現(xiàn)，金屬氧化物的催化活性與材料的煅燒溫度、金屬的孔結(jié)構(gòu)、表面積、氧含量及還原性強(qiáng)弱有關(guān)。對于摻雜金屬的材料而言，與摻雜金屬的尺寸及負(fù)載量有關(guān)。表5給出了不同催化劑催化氧化VOCs的處理效果。

金屬催化氧化法的去除率一般在50%以上，且穩(wěn)定性較好。MA等[39]的研究發(fā)現(xiàn)，Pt/海泡石材料在經(jīng)過7次循環(huán)后仍能夠保持較高的去除效率。由于有毒有害中間產(chǎn)物的產(chǎn)生，使得該技術(shù)受到一定的限制。另外，金屬復(fù)合材料的制備過程復(fù)雜，涉及各方面的因素，如沉淀速率的選擇、水熱時間、溫度、pH、模板、焙燒溫度等。因此制備低成本、高性能的催化劑仍然是一個重要的挑戰(zhàn)。

2.5 TiO2光催化氧化法（PCO）

自1972年FUJISHIMA與HONDA[45]在上發(fā)表了關(guān)于TiO2的光催化作用以來，TiO2的光催化性能一直成為研究者們關(guān)注的熱點。TiO2是一種具有催化作用的半導(dǎo)體，一般包括銳鈦礦、金紅石及板鈦礦等3種主要晶型，一般光催化氧化原理如圖2所示。

圖2 TiO2光催化反應(yīng)原理示意圖

在光照條件下，當(dāng)TiO2吸收了大于其帶隙能（g=3.2eV）的光子時，價帶電子從價帶（VB）躍遷至導(dǎo)帶（CB），電子與氣相中O2等結(jié)合，生成具有強(qiáng)氧化性的H2O2或?O2；在VB上留下帶正電的空穴（h+）具有很強(qiáng)的氧化性，能將其表面吸附的OH–和水分子氧化為羥基，幾乎可以氧化所有的有機(jī)物。光催化氧化法與金屬催化氧化法略有不同的是可利用紫外光且常溫下即可發(fā)生，近來亦成為去除低濃度VOCs的熱門研究課題。利用光催化劑的光催化氧化性，使吸附在其表面的VOCs發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為CO2、H2O及小分子有機(jī)物質(zhì)。

由于TiO2具有廉價易得、化學(xué)穩(wěn)定及催化活性好、效率高、無毒無害等優(yōu)點，使得其成為最常用的光催化劑。但是TiO2的應(yīng)用也存在著一些缺陷，主要問題在于可見光利用率低及本身寬帶隙導(dǎo)致極高的電子空缺負(fù)荷率（金紅石中g(shù)=3.2eV）。為了解決TiO2僅對紫外光有響應(yīng)，對可見光的利用率較低等問題，許多學(xué)者對其進(jìn)行改性處理，增大其對可見光的響應(yīng)，間接提高對太陽光的利用效 率[43]，常見的方法包括離子摻雜、貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、染料敏化等。表6列舉了經(jīng)過不同方法改性后得到的TiO2基催化劑光催化處理VOCs的研究結(jié)果。

從表6中可以看出，大部分材料所使用的光源為紫外光源，并未擺脫局限于紫外光源的瓶頸，即使采用可見光，在光源強(qiáng)度不高的情況下，其去除率也較低，并且在光催化降解過程中又相繼產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物[47,49]。對于重復(fù)利用性，ZIELI?SKA等[53]的研究中，發(fā)現(xiàn)Ag/Pt-TiO2材料進(jìn)行了5次循環(huán)利用后，對甲苯的去除率從99%直接降到了53%，且再生的條件為500℃下熱處理2h，成本相對較高。

除了上述幾種凈化技術(shù)，室內(nèi)空氣的凈化技術(shù)還包括負(fù)離子技術(shù)[56]、臭氧氧化技術(shù)等。臭氧本身存在著污染的問題，且O3具有很強(qiáng)的腐蝕性，對設(shè)備的耐腐蝕性要求較高。負(fù)離子技術(shù)由于負(fù)離子對人體有益，且能有效去除室內(nèi)病菌等，常應(yīng)用于空氣凈化器，但用于凈化室內(nèi)VOCs的相關(guān)研究較少。表7對幾種凈化技術(shù)的優(yōu)缺點進(jìn)行了總結(jié)與分析。

表6 不同材料光催化處理VOCs的效果

表7 不同凈化技術(shù)的比較

3 室內(nèi)空氣凈化器市場與技術(shù)狀況

各類凈化技術(shù)研究的不斷深入，在解決技術(shù)瓶頸的同時也不斷推動著室內(nèi)空氣凈化器市場的快速發(fā)展。目前空氣凈化器行業(yè)正處于迅速發(fā)展的 階段。

3.1 中國空氣凈化器發(fā)展?fàn)顩r

空氣凈化器最初應(yīng)用于食品、醫(yī)療、航天工程、軍工等領(lǐng)域，其主要的功能是降低空氣中的顆粒物、氣態(tài)污染物及微生物等。而空氣凈化器近十年才開始在家庭中使用，主要功能除了原有的之外新增去除甲醛、VOCs等污染物。

如圖3所示，2011年中國空氣凈化器市場銷售量突破100萬臺；2014年的銷售量陡升到582萬臺；足見凈化器市場擴(kuò)展速度之快。而從2013年到2015年，空氣凈化器銷量趨于平緩。以下3種因素減緩了凈化市場的高速增長：首先，國內(nèi)消費(fèi)者心態(tài)從感性到科學(xué)認(rèn)知的變化，對空氣凈化器的了解與選擇變得更加成熟與理性；其次，國家出臺一系列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范及2015年天氣好轉(zhuǎn)的影響；最后，空氣凈化器市場的不規(guī)范及部分產(chǎn)品的夸大性，導(dǎo)致消費(fèi)者的質(zhì)疑。

圖3 我國空氣凈化器銷售量增長狀況

3.2 各項凈化技術(shù)專利占比

專利可以反映一個國家或地區(qū)的技術(shù)研發(fā)實力、技術(shù)發(fā)展態(tài)勢、重點發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域動態(tài)、區(qū)域領(lǐng)先企業(yè)等。借助美國湯森路透科技信息集團(tuán)數(shù)據(jù)檢索與分析平臺中的增值專利信息數(shù)據(jù)庫（DWPI和DCPI）等相關(guān)專利數(shù)據(jù)庫得到全球各凈化技術(shù)專利年際變化及專利占比情況，如圖4、圖5所示。

圖4是從時間維度上來看，過濾技術(shù)在所有技術(shù)中，起步最早且發(fā)展最快。其余5項技術(shù)發(fā)展相對穩(wěn)定，以緩慢增長為主。圖5是截止2016年上半年各技術(shù)總量的占比情況?？梢钥闯?，主要以過濾技術(shù)為主要支柱，其他5項技術(shù)專利數(shù)占比較少。

目前空氣凈化器產(chǎn)品普遍采用以濾網(wǎng)過濾、活性炭吸附、負(fù)離子和光觸媒技術(shù)為核心的組合技術(shù)凈化方式，不過由于各品牌的核心技術(shù)差異較大，對各技術(shù)的側(cè)重不同。歐美品牌主要采用以活性炭吸附、HEPA濾網(wǎng)為代表的物理式過濾技術(shù)。由奧維云網(wǎng)（AVC）線上監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，兩種技術(shù)滲透率分別為77.3%和78.7%。日韓品牌主要采用以負(fù)離子為代表的離子技術(shù)，技術(shù)滲透率達(dá)66.0%。部分產(chǎn)品采用了以光觸媒為代表的化學(xué)催化技術(shù)。納米材料只起到催化劑的作用，但是成本較高，凈化速度相對較慢，奧維云網(wǎng)（AVC）數(shù)據(jù)顯示，其市場技術(shù)滲透率僅為14.3%。

圖4 全球室內(nèi)空氣凈化技術(shù)專利數(shù)量年度變化趨勢

圖5 不同室內(nèi)空氣凈化技術(shù)專利占比

3.3 室內(nèi)空凈技術(shù)熱點

通過對專利文獻(xiàn)進(jìn)行文本聚類，結(jié)合國際專利分類號（IPC）得到目前空氣凈化領(lǐng)域的熱點技術(shù)，如表8所示。各技術(shù)的研究熱點也是亟待解決的關(guān)鍵性問題。

目前，商業(yè)化室內(nèi)空氣凈化器一般常用的是高效空氣過濾網(wǎng)（high efficiency particulate air filter，HEPA）。該濾網(wǎng)對于大小為0.3μm的懸浮微粒的過濾效果可達(dá)99.7%，但是無法濾除有害氣體。另外有些凈化器采用“多網(wǎng)合一”技術(shù)，即多層過濾網(wǎng)，每層對應(yīng)解決顆粒物、微生物、甲醛等危害成分。但過濾技術(shù)避免不了風(fēng)速與溫度影響，且易富集滋生微生物，所以物理式凈化技術(shù)需定期清洗、更換濾網(wǎng)；靜電集塵技術(shù)在空氣電離的同時，極強(qiáng)的電流會析出臭氧等，形成輕微二次污染；光觸媒即光催化技術(shù)，由于光觸媒需要紫外觸發(fā)且伴有二次污染物生成的限制，未來需要研發(fā)可見光響應(yīng)且性能優(yōu)良的催化劑材料替代傳統(tǒng)催化劑；低溫等離子體技術(shù)在未來的研究中需要從解決能耗高、系統(tǒng)造價高等方面入手，如果采用聯(lián)合技術(shù)如低溫等離子體-催化聯(lián)合技術(shù)，需要考慮到催化劑的最適溫度、濕度等的影響。負(fù)離子主動捕捉空氣中的有害物質(zhì)，與浮塵形成分子團(tuán)下沉落地，使細(xì)菌病毒生存能力下降或致死，其效果有待進(jìn)一步的研究[57]。

表8 室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域技術(shù)方向

4 結(jié)語

大氣中VOCs的研究已經(jīng)歷經(jīng)幾十年的行程，而關(guān)于室內(nèi)VOCs凈化的研究才剛剛起步。本文總結(jié)了近年來去除室內(nèi)VOCs的代表性凈化技術(shù)：綠色植物法、吸附法、等離子體技術(shù)、金屬催化法及光催化法。綠色植物法往往作為輔助手段。目前吸附法的缺點主要表現(xiàn)在吸附單一、存在二次污染、重復(fù)利用成本高等問題，因此實現(xiàn)吸附劑多元高效吸附且聯(lián)合其他技術(shù)解決二次污染問題是未來吸附法需要突破的重點。對于金屬催化法，未來需要尋找更廉價的且與貴金屬使用性能等同的金屬替代物。光催化技術(shù)日益成為處理VOCs的可行且較為經(jīng)濟(jì)的方法，但由于TiO2對可見光利用率不高，使得其發(fā)展較為緩慢，如何提高可見光利用率成為當(dāng)今的工作重點。此外，不同凈化技術(shù)的聯(lián)合使用可使優(yōu)勢互補(bǔ)，以期達(dá)到更理想的效果?？諝鈨艋魇袌銮熬皬V闊，但是技術(shù)方面仍有待提高，并且政府需要加大市場監(jiān)督力度，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。

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Research progress on the purification technologies of indoor volatile organic compounds

SHEN Liangjie，CHENG Rong，CHEN Yihui，ZHENG Xiang，LIU Peng，SHI Lei

（School of Environment and Natural Resources，Renmin University of China，Beijing 100872，China）

Volatile organic compounds（VOCs），which seriously threaten human health，have been the key factor influencing indoor air quality，and need to be treated effectively. In this paper，the main purification technologies of indoor VOCs were reviewed，including green plants，adsorption，non-thermal plasma（NTP），metal catalytic oxidation，and photocatalytic oxidation. The principles and influence factors of the purification technologies were summarized，and the merits and faults of each technology and problems need to be resolved in the future were analyzed. Green plants are just suitable for low concentration pollutants，and are usually used as supplementary means. The core of adsorption is the adsorbent，and the replacement of regeneration of adsorbent should be considered. For non-thermal plasma，the removal efficiency of VOCs by NTP technology is high，but the cost is high. As for metal catalytic oxidation method，the metal oxide catalysts with low price and high efficiency are needed to be developed. For photocatalytic oxidation technology，the current study is focused on the modification of TiO2and improvement of light conversion efficiency. This paper also briefly presents the current situation of the air purifier market and the proportion of various technologies in the market. Then the technical research hot spots in the future were proposed.

indoor volatile organic compounds（VOCs）；purification technologies；mechanism；catalyst

X511

A

1000–6613（2017）10–3887–10

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0218

2017-02-14；

2017-04-24。

中國人民大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展改革項目及國家重點研究開發(fā)計劃項目（2016YFC0209204）。

申亮杰（1992—），男，碩士研究生，從事室內(nèi)空氣污染研究。E-mail：shenliangjie@ruc.edu.cn。

程榮，副教授，研究方向為環(huán)境功能材料。E-mail：chengrong@ruc.edu.cn。石磊，副教授，研究方向為資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)。E-mail：shil@ruc.edu.cn。