建筑裝飾材料揮發(fā)性有機(jī)物及去除設(shè)備研究現(xiàn)狀

2 現(xiàn)有建筑中揮發(fā)性有機(jī)物的情況
　　
　　中國華科大學(xué)健康學(xué)院1995年冬天對剛裝修的兩個(gè)居民房進(jìn)行了兩個(gè)半月的VOC測量，發(fā)現(xiàn)這些房中產(chǎn)生不同程度的甲醇、乙醇、戊烷、已烷、苯、庚烷、環(huán)已烷、甲苯、二甲苯、乙基苯[2]。其中最主要的有機(jī)物是甲醇，苯，甲苯和二甲苯。中國科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測所對一個(gè)辦公室空氣污染進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)辦公室內(nèi)主要有機(jī)物是苯、甲苯、二甲苯、乙苯和甲醛，濃度從0.1mg/m³到0.96 mg/m³。
　　美國環(huán)保局（EPA）通過對16個(gè)建筑的隨機(jī)抽樣發(fā)現(xiàn)，有4個(gè)建筑中的VOC濃度超過了0.4 mg/m³。歐洲對9個(gè)國家的56棟建筑進(jìn)行了室內(nèi)VOC濃度的測量^[3]，發(fā)現(xiàn)有22棟建筑中VOC濃度超過0.2 mg/m³。文獻(xiàn)[4]指出日本住宅中的有機(jī)物濃度為0.19～0.643 mg/m³。文獻(xiàn)[5]指出瑞典公寓中VOC濃度為0.31 mg/m³，居民家庭中為0.47 mg/m³。文獻(xiàn)[6]指出英國綜合建筑中VOC濃度為0.2 mg/m³。
　　從上述調(diào)查情況可以看出，目前室內(nèi)VOC污染狀況是比較嚴(yán)重的。
　　
3 不同建筑裝飾揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)量測量
　　
　　為了從污染源上控制VOC的產(chǎn)生，國內(nèi)外很多單位都對建筑裝飾材料的VOC散發(fā)情況進(jìn)行了測量。文獻(xiàn)[7]對中國生產(chǎn)的8種室內(nèi)材料即酸漆、黑漆、地板清潔劑、地板蠟、空氣清新劑、地毯背面粘接劑、墻約、墻紙粘接劑和彩色墻紙進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)其散發(fā)的VOC有3～30種。文獻(xiàn)[8]指出了TVOC的最大傳和其衰減度隨著材料的不同而不同，流態(tài)物質(zhì)如油漆、清漆和地板油的衰減度最大。EPA做了實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)各種室內(nèi)污染源的散發(fā)量，同時(shí)確認(rèn)各種因素對散發(fā)量的影響^[9]，這些因素包括溫度、相對濕度、空氣變化及小室負(fù)荷。結(jié)果表明，空氣換氣次數(shù)對散發(fā)量尤其是濕材料的散發(fā)量有很大的影響。
　　文獻(xiàn)[10]對37種典型的加拿大民用住宅所使用的建筑裝飾材料發(fā)散的VOC進(jìn)行了測量，得出了這些材料的VOC數(shù)據(jù)庫。
　　目前世界上已有3個(gè)體積為55 m³ (5m×4m×2.75m)的實(shí)驗(yàn)室用于研究建筑裝飾材料的VOC產(chǎn)生量，它們分別是IRC/NRC^①，NRMRL/USEPA^②和CSIRO/Austrlia^③，這些實(shí)驗(yàn)室均用不銹鋼制作，具有加熱、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠控制室內(nèi)各種參
數(shù)。
　　為了使各實(shí)驗(yàn)室所測得的數(shù)據(jù)有可比性及可靠性，歐洲已經(jīng)建立了對室內(nèi)污染物測量方法、選樣方法、數(shù)據(jù)分析方法、結(jié)果整理方法等統(tǒng)一的協(xié)定方案^[11]。
　　
4 建筑裝飾材料VOC散發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的制定和材料的分類
　　
　　目前我國國家質(zhì)檢總局已頒發(fā)了《室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量》10項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，從2002年7月1日開始的散發(fā)量作了規(guī)定^[12]。北歐國家根據(jù)普通材料最大的VOC散發(fā)量為40，100和數(shù)百ug/(m²·h)，將材料分為MEC-A（低揮發(fā)性材料），MEC-B（中揮發(fā)性材料）和MEC-C（高揮發(fā)性材料）3類^[13]。
　　美國EPA現(xiàn)在做出了污染源分類數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫含有材料的VOC散發(fā)量及毒性^[14]。
　　
5 揮發(fā)性有機(jī)物散機(jī)理的研究
　　
　　揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)率通常由以下兩個(gè)過程決定[15]：①材料內(nèi)部的擴(kuò)散；②材料表面到周圍空氣的散發(fā)。材料內(nèi)部的擴(kuò)散是濃度梯度、溫度梯度及密度梯度共同作用的結(jié)果。每種化合物都有自己的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，與其相對分子質(zhì)量、分子體積、溫度及與被擴(kuò)散的物質(zhì)特性有關(guān)。表面散發(fā)由幾種機(jī)理共同作用，包括蒸發(fā)和對流。對于表面散發(fā)而言，VOC的散發(fā)率會受到空氣中濃度、氣流速度及溫度的影響^[16，17]。根據(jù)材料的不同，VOC的產(chǎn)生率可能由上述一個(gè)或兩個(gè)因素起決定作用。
　　根據(jù)散發(fā)機(jī)理的不同，室內(nèi)建筑裝飾材料的散發(fā)模型，總體上可分為兩類即經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃湍Ｐ汀?BR>　　
6 揮發(fā)性有機(jī)物去除機(jī)理和去除設(shè)備的研究
　　
　　目前人們主要集中研究活性炭和光觸媒設(shè)備對VOC的去除特性。吸附是由于吸附劑和吸附質(zhì)分子間的作用力引起的，這些作用力分為兩大類--物理作用力和化學(xué)作用力，它們分別引起物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是可逆過程，只能暫阻擋污染而不能消除污染。而化學(xué)吸附是不可逆的過程，是揮發(fā)性物質(zhì)的分子與吸附劑起化學(xué)反應(yīng)而生成非揮發(fā)性的物質(zhì)，這種機(jī)理可使得低沸點(diǎn)的物質(zhì)如甲醛被吸附掉。活性炭是最常用的吸附劑，它對許多VOC都是很有效的，但對甲醛作用很小。
　　已有的研究成果表明活性炭對芳香族化合物的吸附優(yōu)于對非芳香族化合物的吸附，如對苯的吸附優(yōu)于對環(huán)已烷的吸附；對帶有支鍵的烴類物質(zhì)的吸附優(yōu)于直鍵烴的吸附；對相對分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的化合物的吸附總是高于相對分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低化合物的吸附；空氣濕度增大，則可降低吸附的負(fù)荷；吸附質(zhì)濃度越高，則吸附量也越高；吸附量隨溫度升高而下降；吸附劑內(nèi)表面積愈大，吸附量越高。浸了高錳酸鉀的氧化鋁（PIA）對甲醛及低濃度的醛和有機(jī)酸有很高的去除效率。所以PIA經(jīng)常與活性炭聯(lián)合起來使用以提高過濾器的效率。
　　目前美國上有3種化學(xué)過濾器，都是用活性炭作為吸附劑的^[18]，第1種是V字型裝有大顆粒的活性炭，第2種是折邊型裝有小顆粒的活性炭，第3種是折邊型的活性炭編織物過濾器，效率為40%～80%，當(dāng)風(fēng)速為2.5m/s時(shí)阻力為約100Pa。
　　光觸媒設(shè)備是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)，N型半導(dǎo)體吸收能量大于或等于禁帶寬度（禁帶能量）的光子（hv）后，進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)價(jià)帶上的受激發(fā)路過禁帶，進(jìn)入導(dǎo)帶。同時(shí)在價(jià)帶上形成光致空穴。可以用作光催化劑的N型半導(dǎo)體種類繁多，有TiO₂，ZnO， Fe₂O₃，CdS和 WO₃等。由于TiO₂的化學(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、難溶，并且具有較深的價(jià)帶能級，可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的TiO₂表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之TiO₂無毒、低，所以被廣泛用作光催化氧化反應(yīng)的催化劑。TiO₂的禁帶寬度（Eg）為3.2Ev，當(dāng)用波長小于387nm的光照射TiO₂時(shí)，由于光子的能量大于禁帶的寬度，其價(jià)帶上的電子被激發(fā)，躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成相應(yīng)的空穴。光致空穴h⁺具有很強(qiáng)的捕獲電子的能力，而導(dǎo)帶上的光致電子e^-又具有高的活性，在半導(dǎo)體表面形成了氧化還原體系。利用光致空穴h⁺和光致電子e^-與空氣中的水分和氧氣相互反應(yīng)產(chǎn)生的具有高濃度活性的氫氧游離基·OH，可氧化各種有機(jī)物質(zhì)并使之礦化。如下所示：
　　　　　　　　　　　　　
　　有機(jī)污染物的降解機(jī)理與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子結(jié)構(gòu)不同其降解機(jī)理及途徑也有差異。Hashimoto等研究了脂肪族化合物的光催化降解機(jī)理，認(rèn)為脂肪烴先于·OH生成醇，并進(jìn)而氧化為醛和酸，終生成二氧化碳和水^[19]。文獻(xiàn)[20]指出TiO₂光催化反應(yīng)中，一些芳得族化合物的光催化降解過程往往伴隨著多種中間產(chǎn)物的生成。目前，對于各類芳香族化合物的光催化降解機(jī)理研究還很不完備，初步研究認(rèn)為其主要降解機(jī)理還是在·OH基的作用下，芳香環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并進(jìn)一步開環(huán)，從而逐步被氧化，最終礦化為二氧化碳、水及小分子無機(jī)物。
　　對室內(nèi)甲醛和甲苯的研究表明，污染物光催化氧化與其濃度有關(guān)，質(zhì)量數(shù)在1×10^-4以下的甲醛可完全被光催化分解為二氧化碳和水，而在較高濃度時(shí)，則被氧化成為甲酸。高濃度的甲苯光催化降解時(shí)，由于生成的難分解的中間產(chǎn)物富集在TiO₂周圍，阻礙了光催化反應(yīng)的進(jìn)行，去除效率非常低，但低濃度時(shí)TiO₂表面則沒有中間產(chǎn)物生成。
　　文獻(xiàn)[21]對非均相光催化技術(shù)在室內(nèi)空氣品質(zhì)控制方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究。指出光催化氧化技術(shù)室內(nèi)空氣中低濃度的VOC有著良好的效果。光催化氧化設(shè)備可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，而且氣體通過時(shí)壓力降低可忽略不計(jì)，這樣很容易加裝到中央空調(diào)空調(diào)的系統(tǒng)中去。美國新澤西州的通用空氣技術(shù)（UAT）公司已開發(fā)生產(chǎn)了落地式及管道式光催化空氣交凈化與消毒設(shè)備^[22]。
　　盡管許多廠家都在研制VOC去除設(shè)備，但對于室內(nèi)多種有機(jī)物污染并存的情況，如何描述這些設(shè)備的性能及如何用于實(shí)際工程中，則是亟待解決的問題。
　　

7 結(jié)語
　 　
　　7．1 國內(nèi)外實(shí)測結(jié)果表明，目前許多中存在VOC污染。國內(nèi)這方面的研究剛起步，建議有關(guān)部門應(yīng)規(guī)范現(xiàn)有建筑裝飾，根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，盡快建立建筑裝飾材料VOC數(shù)據(jù)庫。
　　7．2 為了評估建筑裝飾材料對室內(nèi)帶來的揮發(fā)性有機(jī)物，應(yīng)考慮實(shí)際房間中多污染源的問題，通過建立合理的房間污染模型來切實(shí)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行和維護(hù)。
　　7．3 針對目前國內(nèi)外空調(diào)房間存在揮發(fā)性有機(jī)物的污染的問題，應(yīng)該改變空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法即從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮這些污染的去除問題，并開發(fā)出用于去除各種污染包括牢固揮發(fā)性有機(jī)物的高效設(shè)備。
　　
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