建筑装饰材料挥发性有机物及去除设备研究现状

　　2 现有建筑中挥发性有机物的情况
　　美国环保局（EPA）通过对16个建筑的随机抽样发现，有4个建筑中的VOC浓度超过了0.4 mg/m3。欧洲对9个国家的56栋建筑进行了室内VOC浓度的测量[3]，发现有22栋建筑中VOC浓度超过0.2 mg/m3。文献[4]指出日本住宅中的有机物浓度为0.19 0.643 mg/m3。文献[5]指出瑞典公寓中VOC浓度为0.31 mg/m3，居民家庭中为0.47 mg/m3。文献[6]指出英国综合建筑中VOC浓度为0.2 mg/m3。
　　从上述调查情况可以看出，目前室内VOC污染状况是比较严重的。
　　3 不同建筑装饰挥发性有机物的散发量测量
　　为了从污染源上控制VOC的产生，国内外很多单位都对建筑装饰材料的VOC散发情况进行了测量。文献[7]对中国生产的8种室内材料即酸漆、黑漆、地板清洁剂、地板蜡、空气清新剂、地毯背面粘接剂、墙约、墙纸粘接剂和彩色墙纸进行了测量，发现其散发的VOC有3 30种。文献[8]指出了TVOC的最大传和其衰减度随着材料的不同而不同，流态物质如油漆、清漆和地板油的衰减度最大。EPA做了实验来确认各种室内污染源的散发量，同时确认各种因素对散发量的影响[9]，这些因素包括温度、相对湿度、空气变化及小室负荷。结果表明，空气换气次数对散发量尤其是湿材料的散发量有很大的影响。
　　文献[10]对37种典型的加拿大民用住宅所使用的建筑装饰材料发散的VOC进行了测量，得出了这些材料的VOC数据库。
　　目前世界上已有3个体积为55 m3 (5m 4m 2.75m)的实验室用于研究建筑装饰材料的VOC产生量，它们分别是IRC/NRC①，NRMRL/USEPA②和CSIRO/Austrlia③，这些实验室均用不锈钢制作，具有加热、通风、空气调节系统，能够控制室内各种参
　　数。
　　为了使各实验室所测得的数据有可比性及可靠性，欧洲已经建立了对室内污染物测量方法、选样方法、数据分析方法、结果整理方法等统一的协定方案[11]。
　　4 建筑装饰材料VOC散发标准的制定和材料的分类
　　美国EPA现在做出了污染源分类数据库，这个数据库含有材料的VOC散发量及毒性[14]。
　　5 挥发性有机物散机理的研究
　　挥发性有机物的散发率通常由以下两个过程决定[15]：①材料内部的扩散；②材料表面到周围空气的散发。材料内部的扩散是浓度梯度、温度梯度及密度梯度共同作用的结果。每种化合物都有自己的质扩散系数，与其相对分子质量、分子体积、温度及与被扩散的物质特性有关。表面散发由几种机理共同作用，包括蒸发和对流。对于表面散发而言，VOC的散发率会受到空气中浓度、气流速度及温度的影响[16，17]。根据材料的不同，VOC的产生率可能由上述一个或两个因素起决定作用。
　　根据散发机理的不同，室内建筑装饰材料的散发模型，总体上可分为两类即经验模型和模型。
　　6 挥发性有机物去除机理和去除设备的研究
　　目前人们主要集中研究活性炭和光触媒设备对VOC的去除特性。吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，这些作用力分为两大类--物理作用力和化学作用力，它们分别引起物理吸附和化学吸附。物理吸附是可逆过程，只能暂阻挡污染而不能消除污染。而化学吸附是不可逆的过程，是挥发性物质的分子与吸附剂起化学反应而生成非挥发性的物质，这种机理可使得低沸点的物质如甲醛被吸附掉。活性炭是最常用的吸附剂，它对许多VOC都是很有效的，但对甲醛作用很小。
　　已有的研究成果表明活性炭对芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附，如对苯的吸附优于对环已烷的吸附；对带有支键的烃类物质的吸附优于直键烃的吸附；对相对分子质量大、沸点高的化合物的吸附总是高于相对分子质量小、沸点低化合物的吸附；空气湿度增大，则可降低吸附的负荷；吸附质浓度越高，则吸附量也越高；吸附量随温度升高而下降；吸附剂内表面积愈大，吸附量越高。浸了高锰酸钾的氧化铝（PIA）对甲醛及低浓度的醛和有机酸有很高的去除效率。所以PIA经常与活性炭联合起来使用以提高过滤器的效率。  光触媒设备是以N型半导体的能带理论为基础，N型半导体吸收能量大于或等于禁带宽度（禁带能量）的光子（hv）后，进入激发状态，此时价带上的受激发路过禁带，进入导带。同时在价带上形成光致空穴。可以用作光催化剂的N型半导体种类繁多，有TiO2，ZnO， Fe2O3，CdS和 WO3等。由于TiO2的化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，加之TiO2无毒、低，所以被广泛用作光催化氧化反应的催化剂。TiO2的禁带宽度（Eg）为3.2Ev，当用波长小于387nm的光照射TiO2时，由于光子的能量大于禁带的宽度，其价带上的电子被激发，跃过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴。光致空穴h+具有很强的捕获电子的能力，而导带上的光致电子e-又具有高的活性，在半导体表面形成了氧化还原体系。利用光致空穴h+和光致电子e-与空气中的水分和氧气相互反应产生的具有高浓度活性的氢氧游离基·OH，可氧化各种有机物质并使之矿化。如下所示：
　　对室内甲醛和甲苯的研究表明，污染物光催化氧化与其浓度有关，质量数在1 10-4以下的甲醛可完全被光催化分解为二氧化碳和水，而在较高浓度时，则被氧化成为甲酸。高浓度的甲苯光催化降解时，由于生成的难分解的中间产物富集在TiO2周围，阻碍了光催化反应的进行，去除效率非常低，但低浓度时TiO2表面则没有中间产物生成。  尽管许多厂家都在研制VOC去除设备，但对于室内多种有机物污染并存的情况，如何描述这些设备的性能及如何用于实际工程中，则是亟待解决的问题。
　　7 结语
　　7．1 国内外实测结果表明，目前许多中存在VOC污染。国内这方面的研究刚起步，建议有关部门应规范现有建筑装饰，根据有关规范要求，尽快建立建筑装饰材料VOC数据库。
　　7．2 为了评估建筑装饰材料对室内带来的挥发性有机物，应考虑实际房间中多污染源的问题，通过建立合理的房间污染模型来切实空调系统的设计运行和维护。
　　7．3 针对目前国内外空调房间存在挥发性有机物的污染的问题，应该改变空调系统设计方法即从设计阶段就应该考虑这些污染的去除问题，并开发出用于去除各种污染包括牢固挥发性有机物的高效设备。
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