家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的效果研究

張祎寧，馬紹帥，王婧茹，魯韶芬

(山東師范大學(xué) 化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014)

隨著生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境安全健康的要求越來越高，造成室內(nèi)空氣污染的主要物質(zhì)甲醛也因此受到人們廣泛關(guān)注。裝修時(shí)常用的人造板材中的甲醛系膠粘劑是甲醛釋放的主要來源[1]，這是因?yàn)榉尤渲?、脲醛樹脂等甲醛系膠粘劑的原料就是甲醛。在生產(chǎn)這類膠粘劑的過程中難免會(huì)殘留一定的甲醛，同時(shí)膠粘劑也會(huì)通過水解反應(yīng)釋放甲醛[2]。如今國(guó)內(nèi)許多城市的住房中空氣甲醛含量超過了2002年頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的0.1mg/m3[3]。尤其是在冬季，天氣較為寒冷，人們?yōu)榱吮Ｅ瘯?huì)長(zhǎng)時(shí)間地關(guān)閉門窗，于是這樣室內(nèi)的甲醛無法排出。據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，甲醛的釋放周期可長(zhǎng)達(dá)十五年[4]，長(zhǎng)期密閉的室內(nèi)無異于“毒氣室”，最后導(dǎo)致甲醛含量嚴(yán)重超標(biāo)。國(guó)內(nèi)外多種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明甲醛可以致癌[5]，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)已把甲醛列為第一類人類致癌物質(zhì)[6]。甲醛對(duì)人體健康的危害極大，長(zhǎng)期生活在甲醛超標(biāo)的環(huán)境中容易胸悶、呼吸困難、惡心、易感冒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鼻咽癌、白血病等[4]。

霧霾天氣作為一種大氣污染狀態(tài)，尤其是在最近幾年里備受關(guān)注，其常常見于冬季。霧霾主要由灰塵、可吸入顆粒物及未知組分等復(fù)合組成的氣溶膠污染與微小水滴組成[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣質(zhì)量為重度污染時(shí)粒徑小于2.5μm的細(xì)顆粒物，即PM2.5，占可吸入顆粒物中的絕大部分，這表明PM2.5是導(dǎo)致嚴(yán)重霧霾的重要原因[8]。PM2.5還會(huì)損害人的身體健康，對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)甚至生殖系統(tǒng)都會(huì)造成影響[9]。

在生活中，人們?cè)诩抑薪?jīng)常會(huì)打開窗戶通風(fēng)以除去異味及甲醛[10]等對(duì)人體有害的物質(zhì)，但是在霧霾嚴(yán)重的天氣下，開窗通風(fēng)后卻會(huì)有大量的PM2.5進(jìn)入室內(nèi)。面對(duì)這樣的問題，人們聯(lián)想到了通過過濾的方法讓新鮮空氣進(jìn)入室內(nèi)，而PM2.5被阻攔在濾網(wǎng)外。

德國(guó)Trittec AC公司[11]在2015年推出了5 plus dust evo(第五代微塵過濾窗紗)，這種窗紗可以過濾73.6%以上的微塵，防霧霾效果較好，使用壽命長(zhǎng)，但其售價(jià)較高，每平方米的價(jià)格高達(dá)998元，因此在國(guó)內(nèi)沒有得到普及。

HEPA[12](高效空氣過濾器)是一種多層凈化技術(shù)。HEPA以細(xì)玻璃纖維為介質(zhì)，空氣可以從中穿過，小顆粒物則會(huì)被阻攔，從而達(dá)到防霧霾的效果。左井宇晨[13]等人在對(duì)HEPA濾網(wǎng)的性能的測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)在使用新風(fēng)系統(tǒng)的條件下，過濾后6h后室內(nèi)空氣的PM2.5濃度降低到濾前的四分之一。

為以較低成本解決廣大家庭居室內(nèi)甲醛和霧霾污染問題，本文擬用26元/的HEPA濾網(wǎng)自制防霧霾降甲醛紗窗，以阻隔室外的細(xì)顆粒物進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)的甲醛分子通過空氣流動(dòng)向室外擴(kuò)散。同時(shí)，在安裝防霧霾降甲醛紗窗的情況下，通過測(cè)試在通風(fēng)條件下室內(nèi)空氣的甲醛和PM2.5濃度的變化及與室外空氣中甲醛和PM2.5濃度的對(duì)比以檢測(cè)家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的性能。

1 材料與儀器

LB-S06/LB-S08型甲醛檢測(cè)儀(連云港嵐寶電子科技有限公司)；HEPA濾網(wǎng)(森姆環(huán)保，0.7m×10m)；紗窗(透風(fēng)面積120cm×75cm)；膠帶(4cm寬)。

2 方法與結(jié)果

2.1 防霧霾降甲醛紗窗的制作與安裝

圖1 防霧霾降甲醛紗窗安裝效果圖

將HEPA濾網(wǎng)裁下0.7m×0.8m兩段，用膠帶將兩段濾網(wǎng)固定在家用紗窗內(nèi)側(cè)，濾網(wǎng)和紗窗邊框相接處與兩段濾網(wǎng)相接處粘牢，保證紗窗所有網(wǎng)眼皆被濾網(wǎng)所覆蓋。將自制好的防霧霾降甲醛紗窗安裝在實(shí)驗(yàn)室的窗框上，安裝方法與一般家用紗窗相同。

2.2 甲醛、PM2.5等濃度的測(cè)試

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于濟(jì)南市歷下區(qū)山東師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓里。實(shí)驗(yàn)室面積約為20m2，位于四層，主要窗戶位于南側(cè)。該實(shí)驗(yàn)室南面是一個(gè)空曠的足球場(chǎng)，沒有建筑物和樹木遮擋，南側(cè)共有四個(gè)窗戶，在其中一個(gè)窗戶上安裝防霧霾降甲醛紗窗，其余三個(gè)不做處理并且始終保持關(guān)閉。北面則是一條較為密閉的走廊，有一小窗與實(shí)驗(yàn)室相通，測(cè)試前已用HEPA濾網(wǎng)將小窗覆蓋，與實(shí)驗(yàn)室外相通的縫隙全部用膠帶封住。測(cè)試共進(jìn)行兩次，分別在2018年12月16日下午和12月21日晚。其中，16日當(dāng)天氣溫8～-2℃，天氣晴，中度污染，南風(fēng)1～2級(jí)；21日當(dāng)天氣溫10～2℃，天氣多云，中度污染，北風(fēng)1～2級(jí)。于測(cè)試前仔細(xì)打掃實(shí)驗(yàn)室，打掃后關(guān)閉室內(nèi)所有門窗2小時(shí)，以達(dá)到密封的效果。2小時(shí)后，測(cè)試室外空氣中甲醛和PM2.5的濃度，隨后測(cè)量密封2小時(shí)下室內(nèi)空氣的數(shù)據(jù)，之后打開南北兩側(cè)窗戶以解開密閉環(huán)境，使室外的空氣只透過南北兩側(cè)的防霧霾降甲醛紗窗對(duì)流，其余門窗仍保持密閉狀態(tài)。每5分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，測(cè)試到開窗通風(fēng)65分鐘為止，共記錄數(shù)據(jù)兩組，每組15次。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

室內(nèi)空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖2、圖3所示。

圖2 室內(nèi)空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時(shí)間變化的曲線

圖2a反映的是12月16日下午的測(cè)試中甲醛濃度隨時(shí)間變化的曲線。由圖可見，未開窗通風(fēng)前室內(nèi)空氣的甲醛濃度已達(dá)0.175mg/m3，通風(fēng)開始后甲醛濃度不斷下降。30min后呈線性快速下降，45min左右室內(nèi)空氣的甲醛濃度趨于平穩(wěn)，達(dá)到0.002g/m3，與室外空氣的甲醛濃度相等。圖2b反映了21日晚的測(cè)試結(jié)果，也可以從中看出室內(nèi)空氣的甲醛濃度隨通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，但是該日測(cè)試結(jié)果中室內(nèi)空氣的甲醛濃度降低的速率較16日低。經(jīng)分析得，16日風(fēng)向是南風(fēng)，而21日風(fēng)向是北風(fēng)，主要進(jìn)風(fēng)口位于實(shí)驗(yàn)室南側(cè)，這些原因?qū)е铝丝諝饬鲃?dòng)速率較低，所以21日室內(nèi)空氣的甲醛濃度降低的速率也隨之降低。

圖3 室內(nèi)空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時(shí)間變化的曲線

圖3a反映的是16日下午的測(cè)試中PM2.5濃度隨時(shí)間變化的曲線。由圖可見，測(cè)試時(shí)室外空氣的PM2.5濃度為129μg/m3，而室內(nèi)空氣的PM2.5濃度始終低于室外，且始終圍繞著100μg/m3上下波動(dòng)，在密閉條件下室內(nèi)空氣的PM2.5濃度也近似于此值。另外通過做趨勢(shì)線可以看出，室內(nèi)空氣的PM2.5濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)有下降的趨勢(shì)。圖3b反映了21日晚的測(cè)試結(jié)果，可以看出在室外空氣的PM2.5濃度為138μg/m3的情況下，開窗通風(fēng)后室內(nèi)空氣的PM2.5濃度仍可以維持在97μg/m3左右的水平。

3 結(jié)論

本文用簡(jiǎn)單易購(gòu)得的HEPA濾網(wǎng)等原材料自制成了一種可以用于防霧霾降甲醛的紗窗，并考察了這種家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

在使用防霧霾降甲醛紗窗和保持開窗通風(fēng)的條件下，室內(nèi)空氣中甲醛濃度逐漸降低到與室外相同的水平，有效地降低了室內(nèi)空氣的甲醛濃度，達(dá)到了降甲醛的效果。

在通風(fēng)的過程中，室內(nèi)空氣中PM2.5濃度始終圍繞著與封閉時(shí)室內(nèi)PM2.5濃度相近的值波動(dòng)；同時(shí)，室內(nèi)PM2.5濃度大約是室外濃度的70%～75%，并隨通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)有下降的趨勢(shì)，有效地防止了霧霾進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到了低成本的居室內(nèi)降甲醛防霧霾的效果。