空氣凈化功能瓷磚的VOC降解性能的一種快速檢測(cè)方法*

許林峰

(清遠(yuǎn)市簡(jiǎn)一陶瓷有限公司 廣東 清遠(yuǎn) 511500)

近幾年來(lái)，功能瓷磚產(chǎn)品的宣傳越來(lái)越多，各大瓷磚品牌都陸續(xù)推出了自己的凈化功能瓷磚產(chǎn)品。簡(jiǎn)一陶瓷利用可見(jiàn)光活性光觸媒，研制出可以降解甲醛的大理石瓷磚，從2018年12月實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)到現(xiàn)在，一直暢銷(xiāo)。新明珠陶瓷也采用光觸媒為功能原料生產(chǎn)降解甲醛功能瓷磚。以特地陶瓷、新中源陶瓷和東鵬陶瓷為代表的負(fù)離子瓷磚，在瓷磚釉層中加入負(fù)離子粉生產(chǎn)功能瓷磚，據(jù)說(shuō)也有降解甲醛的功能。還有其他一些企業(yè)在瓷磚釉層中加入神奇粉、量子粉等各種功能粉體，都宣稱可以凈化空氣。而暫時(shí)沒(méi)有推出功能瓷磚產(chǎn)品的企業(yè)也在時(shí)刻關(guān)注或加緊研發(fā)。

這些形形色色的空氣凈化瓷磚產(chǎn)品的VOC降解效果怎么樣呢？據(jù)筆者了解，他們都有做第三方檢測(cè)，不過(guò)企業(yè)內(nèi)部很少做功能效果的檢測(cè)。很顯然生產(chǎn)企業(yè)僅僅只做第三方檢測(cè)是不夠的。①原料和產(chǎn)品的檢測(cè)頻次太低，無(wú)法保證產(chǎn)品的整體質(zhì)量；②檢測(cè)的波動(dòng)較大，檢測(cè)次數(shù)太少很難準(zhǔn)確反映材料和瓷磚產(chǎn)品的功能效果。據(jù)了解只有簡(jiǎn)一陶瓷有嚴(yán)格的、科學(xué)合理的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。該公司每批光觸媒原料的功能效果都要進(jìn)行反復(fù)多次的抽檢。每個(gè)班次下線的瓷磚產(chǎn)品，品管部門(mén)都要進(jìn)行降解甲醛功能效果的抽檢測(cè)試。

送第三方檢測(cè)很難做到對(duì)原料和瓷磚產(chǎn)品進(jìn)行高頻次的準(zhǔn)確檢測(cè)，保證原材料和產(chǎn)品的質(zhì)量。主要的原因有4個(gè)方面：

(1)送檢周期長(zhǎng)，一般從送樣到檢測(cè)結(jié)果出來(lái)大概需要一個(gè)月。

(2)檢測(cè)費(fèi)用高，不同的檢測(cè)中心收費(fèi)不同，一般一個(gè)數(shù)據(jù)收費(fèi)為1 000～2 000元。

(3)不同檢測(cè)中心的檢測(cè)數(shù)據(jù)差異很大，比如“廣東省微生物分析檢測(cè)中心”檢測(cè)的功能瓷磚的甲醛去除率數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“國(guó)家室內(nèi)車(chē)內(nèi)環(huán)境及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”檢測(cè)的數(shù)據(jù)。前者檢測(cè)的甲醛去除率數(shù)據(jù)多數(shù)為80%～90%，而后者檢測(cè)的數(shù)據(jù)不會(huì)超過(guò)40%。

(4)無(wú)法區(qū)分甲醛是被降解還是被吸附。因?yàn)闊o(wú)論是降解，還是吸附都可以引起空間甲醛濃度的下降。因此根據(jù)第三方檢測(cè)報(bào)告，企業(yè)并不能宣稱自己的產(chǎn)品具有降解甲醛的功能。

考慮到企業(yè)對(duì)功能性原料和瓷磚產(chǎn)品自檢的需要，以及送第三方檢測(cè)存在的局限性，制定出一套科學(xué)合理的，易操作的，每個(gè)企業(yè)可以自己獨(dú)立完成的檢測(cè)方法是非常重要的。這項(xiàng)工作對(duì)于瓷磚企業(yè)保證現(xiàn)有降解VOC功能產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)、研制更高效可靠的產(chǎn)品、以及該領(lǐng)域更加健康的發(fā)展都有重要的意義。

筆者主要是介紹一種裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)周期短、檢測(cè)成本低、重復(fù)性好的檢測(cè)方法，包括檢測(cè)裝置、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)步驟和規(guī)范，注意事項(xiàng)和故障排除，用于評(píng)價(jià)VOC降解功能瓷磚產(chǎn)品的降解性能。下面對(duì)這套檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1 檢測(cè)原理

1.1 什么是VOC？

來(lái)自搜狗百科的介紹：世界衛(wèi)生組織(WHO，1989)對(duì)總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的定義為，熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260 ℃的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。簡(jiǎn)單的講VOC就是揮發(fā)性有機(jī)化合物。

1.2 VOC的降解反應(yīng)式？

VOC屬于有機(jī)物，那么在一定條件下，如高溫、燃燒、光催化作用、強(qiáng)氧化劑作用等，會(huì)發(fā)生分解或氧化分解反應(yīng)。分解的產(chǎn)物主要是二氧化碳和水，也可能產(chǎn)生其它的氮氧化物或硫氧化物等[1]。

1.3 如何檢測(cè)VOC被降解？

根據(jù)上面的反應(yīng)式，VOC 在一定條件下被降解，將產(chǎn)生二氧化碳。而采用精密的二氧化碳檢測(cè)儀，可以在一個(gè)密閉的空間里，檢測(cè)出二氧化碳濃度的變化。那么，如果二氧化碳的濃度有明顯的升高，說(shuō)明VOC已經(jīng)被降解。如果二氧化碳的濃度基本沒(méi)有變化，在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，那就說(shuō)明VOC沒(méi)有被降解或降解不明顯。

1.4 為什么檢測(cè)二氧化碳比直接檢測(cè)VOC更合理？

原因有：①VOC會(huì)吸附于檢測(cè)樣品的表面，有的樣品吸附能力還很強(qiáng)，導(dǎo)致VOC的直接檢測(cè)變得復(fù)雜。很難判斷VOC濃度的下降是降解引起的，還是吸附引起的。而二氧化碳的檢測(cè)就排除了吸附的影響，因?yàn)橹挥蠽OC被降解才能引起二氧化碳濃度的上升；②VOC是統(tǒng)稱，不同的物質(zhì)需用不同的檢測(cè)儀，導(dǎo)致檢測(cè)變得復(fù)雜。而檢測(cè)二氧化碳只需要一個(gè)二氧化碳檢測(cè)儀就可以檢測(cè)所有的VOC。

2 檢測(cè)裝置

圖1為測(cè)試玻璃箱的結(jié)構(gòu)尺寸圖。圖1設(shè)計(jì)的尺寸只是建議尺寸，實(shí)際尺寸可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。玻璃箱由2部分構(gòu)成，箱體和蓋子，均是玻璃材質(zhì)。箱體的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，用玻璃膠將玻璃片牢固粘結(jié)起來(lái)形成箱體結(jié)構(gòu)，密封性一定要做好。玻璃蓋的結(jié)構(gòu)相對(duì)要復(fù)雜一點(diǎn)，如圖1(2)所示，玻璃蓋上鉆有3個(gè)孔，兩大一小。兩個(gè)大孔用于燈頭的安裝，位于玻璃箱的兩側(cè)；中間的小孔用于在檢測(cè)時(shí)將VOC注射到玻璃箱中，小孔用玻璃膠完全密封。

(1)箱體(6面)，材質(zhì)為無(wú)極玻璃，玻璃膠選透明，涂膠方式由外向內(nèi)；(2)玻璃厚度為10 mm；圖中頂板大孔為直徑36 mm，數(shù)量2個(gè)(安裝E27螺口燈頭)；圖中頂板小孔為直徑55 mm(中心位置)，數(shù)量1個(gè)。

圖2為玻璃箱的實(shí)物圖。

圖2 玻璃箱的實(shí)物圖Fig.2 Physical picture of the glass box

從圖2可以看出，燈頭嵌在玻璃蓋的兩個(gè)大孔正中，已用玻璃膠嚴(yán)格密封。中間的小孔也用玻璃膠塞住，避免漏氣。最值得注意的是在玻璃蓋和箱體的接觸位置，需貼好密封條，使玻璃蓋和箱體的結(jié)合性好，確保整個(gè)裝置具有優(yōu)良的氣密性。

燈泡建議使用功率10～20 W左右的白熾燈，可以同時(shí)使用2只燈泡。不建議使用大功率的燈泡，因?yàn)楣β侍髮?dǎo)致玻璃箱內(nèi)溫度上升過(guò)高，影響檢測(cè)結(jié)果。

該裝置既可以檢測(cè)VOC降解引起的二氧化碳濃度的變化，也可以檢測(cè)VOC本身濃度的變化。檢測(cè)的方法類(lèi)似，只是采用的檢測(cè)設(shè)備不同，在后面的檢測(cè)步驟敘述中會(huì)有說(shuō)明。

3 檢測(cè)設(shè)備

圖3為T(mén)EL-7001D型二氧化碳檢測(cè)儀(美國(guó)全進(jìn)口，上海聚宏儀器設(shè)備有限公司)。甲醛檢測(cè)儀的型號(hào)較多，可以由讀者自行選擇購(gòu)買(mǎi)精度較高的檢測(cè)儀。

圖3 二氧化碳檢測(cè)儀的實(shí)物圖Fig.3 The physical picture of the carbon dioxide detector

4 檢測(cè)步驟和規(guī)范

VOC降解產(chǎn)生二氧化碳濃度檢測(cè)的步驟和規(guī)范如下：

(1)將待檢瓷磚樣品切成適合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱將瓷磚烘干、冷卻。3片立于玻璃箱的側(cè)面，留一側(cè)面用于觀察，一片鋪在玻璃箱的底部。

(2)將二氧化碳檢測(cè)儀放置于玻璃箱底部的瓷磚上，啟動(dòng)。

(3)將燈泡擰入玻璃蓋上的螺紋燈頭內(nèi)，然后將玻璃蓋與玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏氣。非光催化功能瓷磚，可以不用燈泡。

(4)將甲醛或其它的VOC樣品用注射器通過(guò)玻璃蓋上的注射孔注入玻璃箱內(nèi)，加入量一般0.5 mL。

(5)待二氧化碳檢測(cè)儀的讀數(shù)穩(wěn)定之后，插上電源，點(diǎn)亮燈泡，開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。非光催化功能瓷磚的檢測(cè)，也要待二氧化碳檢測(cè)儀的讀數(shù)穩(wěn)定之后，才能開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。

(6)每10 min記錄一次二氧化碳的濃度數(shù)據(jù)，至少檢測(cè)120 min。

(7)如果結(jié)果存在異常，可以再重新檢測(cè)一次。

甲醛去除率檢測(cè)的步驟和規(guī)范如下：

(1)將待檢瓷磚樣品切成適合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱將瓷磚烘干、冷卻。3片立于玻璃箱的側(cè)面，留一側(cè)面用于觀察，一片鋪在玻璃箱的底部。

(2)將甲醛檢測(cè)儀放置于玻璃箱底部瓷磚上啟動(dòng)。

(3)將燈泡擰入玻璃蓋上的螺紋燈頭內(nèi)，然后將玻璃蓋與玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏氣。非光催化功能瓷磚，可以不用燈泡。

(4)將甲醛氣體樣品用注射器通過(guò)玻璃蓋上的注射孔注入玻璃箱內(nèi)，加入量一般20～40 mL。

(5)插上電源，點(diǎn)亮燈泡。

(6)24 h后記錄甲醛的濃度數(shù)據(jù)(可以根據(jù)需要自行設(shè)定檢測(cè)時(shí)間)。

(7)如果結(jié)果存在異常，可以再重新檢測(cè)一次。

(8)對(duì)空白瓷磚樣品進(jìn)行同樣的處理和檢測(cè)步驟。

(9)計(jì)算甲醛去除率。

對(duì)于功能性原材料的檢測(cè)，可以將原材料漿料涂布到玻璃表面，烘干。然后按照上面的檢測(cè)步驟進(jìn)行檢測(cè)，判斷原材料的性能優(yōu)劣。

5 注意事項(xiàng)和故障排除

為了保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性，有些常遇到的細(xì)節(jié)問(wèn)題需要注意：

(1)切割好的瓷磚樣品不能直接用于檢測(cè)，必須先清潔再烘干。

(2)玻璃箱必須清潔干凈，保持干燥。

(3)檢測(cè)時(shí)不要圍觀，影響二氧化碳檢測(cè)儀工作。

(4)如果是檢測(cè)甲醛的去除率，注意不能注入液體甲醛樣品，會(huì)超出檢測(cè)儀的量程，導(dǎo)致爆表。這時(shí)只能注入20～40 mL的氣體樣品。注射器插入甲醛瓶蓋抽取甲醛氣體，注意針尖不能伸入甲醛液體中。

(5)遇到檢測(cè)儀的異常問(wèn)題，可以將其置于通風(fēng)的地方啟動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間，再不行就得寄回廠家校正。

筆者介紹的檢測(cè)方法適用于企業(yè)的快速自檢，可以檢測(cè)VOC的去除率，最重要的是可以通過(guò)對(duì)二氧化碳的檢測(cè)判斷VOC是被吸附還是被降解。同時(shí)通過(guò)二氧化碳濃度變化幅度的大小，估計(jì)原材料或瓷磚對(duì)VOC降解性能的優(yōu)劣。目前，市場(chǎng)上售賣(mài)的功能性粉體有不少，質(zhì)量良莠不齊。二氧化碳檢測(cè)法可以幫助企業(yè)定性的判斷這些材料是否真的能夠降解VOC，以及降解性能的優(yōu)劣。這套檢測(cè)方法在簡(jiǎn)一陶瓷實(shí)際應(yīng)用超過(guò)3年，主要用于原材料的篩選、來(lái)料檢測(cè)和產(chǎn)品的下線檢測(cè)。實(shí)踐證明，這套檢測(cè)方法具有很好的可靠性和實(shí)用性。