室內(nèi)VOCs及其碳吸附凈化法-凈化工程
 
   隨著室內(nèi)新型建筑裝飾材料和日用化學(xué)品的大量使用以及室外環(huán)境中VOCs濃度的不斷升高，使得室內(nèi)VOCs的污染狀況日趨嚴(yán)重，由此導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）下降。本文介紹了室內(nèi)空氣環(huán)境中VOCs的來(lái)源及其處理方法，并重點(diǎn)介紹了碳吸附凈化法的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 揮發(fā)性有機(jī)化合物 碳吸附法 活性碳 活性碳纖維

1概述

日常生活中，絕大多數(shù)人70%以上的時(shí)間都是在居室和公共場(chǎng)所的室內(nèi)度過(guò)的，因此，室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）與人體健康密切相關(guān)。隨著新型建筑裝飾材料和日用化學(xué)品的大量使用，導(dǎo)致許多化學(xué)物質(zhì)不斷釋放到室內(nèi)，由此導(dǎo)致 IAQ下降已成為*矚目的室內(nèi)環(huán)境問(wèn)題。發(fā)達(dá)國(guó)家從60年代就開始關(guān)注 IAQ問(wèn)題，但早期研究以 SO2、NOX、CO、TSP等無(wú)機(jī)污染為主，近些年來(lái)，低濃度、高毒性的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）在室內(nèi)空氣中污染影響日趨嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外的調(diào)查和研究表明，造成IAQ惡化的主要原因在于室內(nèi)空氣中VOCs含量過(guò)高。[url=http://www.iwuchen.com/]潔凈室[/url]室內(nèi)VOCs的含量過(guò)高將會(huì)對(duì)人體健康帶來(lái)十分不良的影響，醫(yī)學(xué)研究表明，VOCs會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的不良影響，甚至還會(huì)致癌，VOCs是產(chǎn)生病態(tài)建筑物綜合癥 （SBS）的主要原因之一。在我國(guó)，由于新建建筑多，裝修量大，雖然制定了《室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)*國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB18582-2001），但全面執(zhí)行還有相當(dāng)困難，IAQ問(wèn)題較發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)重得多。深入細(xì)致地開展室內(nèi)空氣中VOCs的污染控制研究，對(duì)提高室內(nèi)空氣質(zhì)量具有十分緊迫和重要的意義。

2室內(nèi)VOCs的來(lái)源及控制方法

2．1室內(nèi)VOCs的來(lái)源

1989年WHO定義VOCs是一組沸點(diǎn)從 50℃ 至 260℃ 、室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)133.322Pa的易揮發(fā)性化合物。其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類、低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴類等。室內(nèi)VOCs的來(lái)源主要有兩個(gè)方面，一是由建材、家具以及裝修過(guò)程中使用的粘結(jié)劑、化學(xué)涂料等釋放；另一個(gè)來(lái)源是室外空氣中的VOCs進(jìn)入室內(nèi)。

據(jù)日本政府的一個(gè)調(diào)查小組經(jīng)過(guò)檢測(cè)后宣布，日本大約有30%的住宅因?yàn)槭褂糜泻瘜W(xué)物質(zhì)而引發(fā)“新居綜合癥”[1]，其調(diào)查內(nèi)容是以甲醛、甲苯、二甲苯和乙苯等四種化學(xué)物質(zhì)為對(duì)象，使用檢測(cè)儀器對(duì)4500戶住宅進(jìn)行檢測(cè)，取得上述有害氣體在室內(nèi)空氣中24小時(shí)的平均濃度，結(jié)果顯示：27.3 %的住宅中的甲醛值、12.3 %的住宅中甲苯值和0.13%的住宅中的二甲苯值都明顯超標(biāo)。李延紅等[2]對(duì)新裝修的住宅進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示，竣工6個(gè)月內(nèi)的住宅，有47.4%的居留者感覺有眼刺激癥狀，5.9%的居留者感覺有上呼吸道刺激癥狀；竣工6～12個(gè)月的住宅，統(tǒng)計(jì)數(shù)值分別為29.6%和4.0%，而對(duì)照組的統(tǒng)計(jì)數(shù)值僅為4.6%和0.6%。由此可見，在進(jìn)行住宅裝修過(guò)程中使用的大量化學(xué)物質(zhì)，散發(fā)的VOCs對(duì)室內(nèi)IAQ有很大影響，并且影響時(shí)間很長(zhǎng)。Huang等[3]建立了數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬干燥的建筑材料中VOC的釋放率問(wèn)題，模型考慮了材料內(nèi)部的質(zhì)量擴(kuò)散過(guò)程和邊界層的對(duì)流與擴(kuò)散過(guò)程，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，空氣流速對(duì)VOCs的釋放率有較大影響，隨著速度的增大，擴(kuò)散率也顯著增大。

目前我國(guó)城市 室外大氣中的VOCs的濃度也很高，使得VOCs得以通過(guò)通風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致IAQ下降。在市區(qū)，機(jī)動(dòng)車尾氣成為室外zui主要的VOCs污染源，分析結(jié)果表明，其VOCs主要是單環(huán)芳烴和低碳數(shù)脂肪烴，如苯、甲苯、二甲苯和碳數(shù)為6～11的正烷烴、支鏈烷烴、環(huán)烷烴等，多環(huán)芳烴以菲和苯并芘為主。龔幸頤等[4]對(duì)北大校園區(qū)室內(nèi)VOCs研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)總VOCs濃度中由室外汽車尾氣產(chǎn)生的以芳香烴和烷烴為主的VOCs占76%～92%，可見，[url=http://www.fenglinji.com/]風(fēng)淋室[/url]受室外汽車尾氣污染明顯的室外空氣必然會(huì)通過(guò)通風(fēng)換氣使室內(nèi)VOCs濃度升高。王思躍等[5]報(bào)道北京大氣中苯、氯仿和苯乙烯等可致癌物在大氣中的含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)和加拿大1989年*的長(zhǎng)時(shí)間暴露癌變可能性zui高值，其中北京1995年大氣中苯日平均含量就已經(jīng)高出美國(guó)*值的44%，1999年第1季度實(shí)測(cè)平均值已經(jīng)超出美國(guó)1.5倍，1999年第1季度陰?kù)F天氣下測(cè)定平均值，也比美國(guó)、加拿大1989年*的短時(shí)間暴露癌變可能性危險(xiǎn)值高得多，其中氯甲烷比美國(guó)*值高5.2倍，比加拿大*值高45倍。苯乙烯為大氣中惡臭物質(zhì)，并有較強(qiáng)的光化學(xué)活性，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此種物質(zhì)在大氣中的含量限制在很低的水平，而北京大氣中苯乙烯的年平均體積分?jǐn)?shù)在5×10 - 9以上，污染高峰時(shí)可達(dá)50×10 - 9。

2．2室內(nèi)環(huán)境中VOCs的控制方法

列出了降低室內(nèi)VOCs濃度、改善IAQ的途徑和方法。使用VOCs*的建材或裝修材料，采用源頭治理zui為理想，但近期難以實(shí)現(xiàn)。加大室內(nèi)新風(fēng)量雖然可以降低室內(nèi)VOCs濃度，但空調(diào)或采暖能耗也將明顯增加，且有的地區(qū)部分時(shí)段室外大氣中的VOCs濃度也比較高，即使加大新風(fēng)量，也難以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此在我國(guó)目前的情況下采用空氣凈化器消除室內(nèi)VOCs是比較行之有效的方法。目前常規(guī)處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)物的方法是半導(dǎo)體納米材料光催化分解法和活性碳吸附法。使用半導(dǎo)體納米光催化材料消除VOC是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，自1972年Fujishima和Honda[6]發(fā)現(xiàn)在受輻照的TiO2上可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生氫以來(lái)，半導(dǎo)體光催化得到了進(jìn)一步的研究。由于它具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、可減少二次污染以及能夠連續(xù)工作的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用日益受到人們的重視。但對(duì)于利用納米TiO2光催化分解VOCs這一應(yīng)用前景的方法，由于其關(guān)鍵機(jī)理問(wèn)題還沒(méi)完*，離市場(chǎng)化還有一定距離。活性碳吸附法則是一種傳統(tǒng)的處理VOCs的方法，其處理成本低，*，多年來(lái)一直得到廣泛的應(yīng)用。

3碳吸附法凈化VOCs

碳吸附法是目前處理低濃度VOCs的有效方法之一?；钚蕴加糜诳諝鈨艋嗄?，它主要被加工成顆粒狀或粉末狀，以及用來(lái)去除空氣中的有機(jī)氣體和氣味。由于處理空氣通過(guò)活性碳吸附器時(shí)過(guò)大的阻力，目前粉末狀活性碳逐漸被活性碳纖維取代。

3．1活性碳吸附VOCs

活性碳是一種多孔介質(zhì)，帶有不同種的孔結(jié)構(gòu)，通常能夠由多種材料經(jīng)碳化和活化制備，如泥煤、煤炭、堅(jiān)果殼、褐煤、鋸末、合成聚合物等。

活性碳吸附VOCs的能力在很大程度上依賴其表面微孔。Chiang 等[7]研究了三種由不同原料制成的活性碳的孔結(jié)構(gòu)及其在吸附VOCs時(shí)的依賴性，泥煤基活性碳的VOCs吸附量幾乎不依賴于溫度，通過(guò)對(duì)活性碳吸附*、三氯甲烷、苯、二氯甲烷的研究，發(fā)現(xiàn)由于高的吸附熱和吸附過(guò)程中的低的熵變，苯是zui易吸附的。陳秋燕等[8]研究了影響活性碳吸附苯系物的條件，用苯、甲苯、二甲苯作為VOCs的代表物，研究VOCs濃度、物化性質(zhì)及氣流量對(duì)活性碳吸附的影響。

強(qiáng)化吸附過(guò)程的熱質(zhì)傳遞是改善活性碳吸附VOCｓ性能的重要途徑。Chiang等[9]研究了苯和丁酮在七種不同的活性碳樣品上吸附的熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到了苯和丁酮吸附熱、焓、自由能和熵，結(jié)果顯示，苯的吸附熱大于丁酮的吸附熱，苯更易吸附在活性碳上。Wang等[10]對(duì)活性碳吸附碳?xì)浠衔飼r(shí)在多孔碳顆粒中發(fā)生的幾種不同的質(zhì)量傳遞機(jī)理進(jìn)行了研究。Do等[11]對(duì)活性碳吸附甲烷、乙烷、丙烷時(shí)的表面擴(kuò)散率進(jìn)行了研究。Fiani等[12]對(duì)活性碳吸附n-丁烷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)溫度和吸附質(zhì)分壓力對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)和吸附容量有較大的影響，溫度在吸附過(guò)程中發(fā)生了強(qiáng)烈的變化，并建立了吸附過(guò)程動(dòng)態(tài)模型描述了熱質(zhì)傳遞現(xiàn)象。

3．2活性碳纖維吸附VOCs

活性碳纖維亦稱纖維狀活性炭，是一種性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料。與傳統(tǒng)的粒狀活性炭相比，具有吸附容量高，吸附、脫附速度快，低濃度下的吸附性能更突出等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是活性碳纖維可以加工成氈狀、毯狀，使其可以直接安裝于空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行空氣凈化，同時(shí)空氣通過(guò)時(shí)流通阻力大大降低。說(shuō)明吸附特性zui重要的參數(shù)是比表面積，比表面積越高，吸附能力越大，其中微孔起到很重要的作用?；钚蕴祭w維有70%微孔（活性碳僅10%），比表面達(dá) 2000m2 /g（粉塵狀活性碳為1000 -1200 m2 /g）。它是由纖維狀前驅(qū)體，經(jīng)一定的程序炭化活化而成。較發(fā)達(dá)的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，并具有耐酸堿耐腐蝕特性，使得其一問(wèn)世就得到人們廣泛的關(guān)注和深入的研究。用作活性碳纖維前驅(qū)體的有機(jī)纖維主要有纖維素基，PAN基，酚醛基，瀝青基，*基，苯乙烯/烯烴共聚物和木質(zhì)素纖維等。由于是纖維狀，它可加工成紙、毯、布等形狀，易于成型、不粉化，在振動(dòng)條件下不會(huì)產(chǎn)生裝填松動(dòng)或過(guò)分密實(shí)的情況?；钚蕴祭w維超過(guò)50%的碳原子位于內(nèi)外表面，構(gòu)筑成*的吸附結(jié)構(gòu)，被稱為表面性固體。它是一種典型的微孔炭（MPAC），孔隙直接開口于纖維表面，超微粒子以各種方式結(jié)合在一起，形成豐富的納米空間。

Navarri 等[13]對(duì)由聚合物原材料碳化和活化制成活性碳纖維吸附VOCs進(jìn)行了研究，[url=http://www.songfengkou.com/]高效空氣過(guò)濾器[/url]以二甲苯、乙酸乙酯和全氯乙烯作為測(cè)試氣體，研究表明，活性碳纖維的比表面積強(qiáng)烈地影響二甲苯的吸附量，吸附量隨比表面積增加而增加，但乙酸乙酯的吸附量則與比表面積的變化沒(méi)有多大關(guān)系，此外被吸附氣體的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附也有很大影響，越易揮發(fā)的氣體，吸附容量越低。Fuertes等[14]研究了活性碳纖維吸附VOCs時(shí)吸附劑的比表面積、被吸附氣體類型、濃度和速度等過(guò)程變量對(duì)吸附性能的影響，結(jié)果顯示，在吸附n-丁烷時(shí)當(dāng)吸附質(zhì)濃度較高時(shí)，吸附量是吸附劑孔容積的函數(shù)，當(dāng)吸附質(zhì)濃度較低時(shí)，吸附量主要依賴于吸附劑的孔尺寸分布。另外，這種活性碳纖維在吸附不同的吸附質(zhì)時(shí)，對(duì)高濃度吸附質(zhì)，吸附量與吸附質(zhì)的性質(zhì)及孔容相關(guān)，對(duì)低濃度吸附質(zhì)，吸附量能依據(jù)吸附質(zhì)的摩爾等張比容值精確預(yù)測(cè)。

對(duì)活性碳纖維進(jìn)行表面改性和修飾也能提高其吸附性能。Rong等[15] 采用空氣氧化方法對(duì)活性碳纖維孔表面的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了修飾，結(jié)果顯示對(duì)活性碳纖維采用氧化處理后，在吸附甲醛時(shí)能顯著增加吸附容量和穿透時(shí)間。此外，活性碳纖維的制備條件對(duì)其微觀吸附特性也有較大影響，M.A.等[16]研究了利用不同前驅(qū)體材料制備了窄孔高孔容的活性碳的活化方法，用這種活化方法所制得的活性碳能高效去除VOCs。

4結(jié)論

隨著有機(jī)產(chǎn)品大量使用和室外環(huán)境中VOCs濃度的不斷升高，室內(nèi)環(huán)境中的VOCs的污染越來(lái)越嚴(yán)重，控制VOCs污染，改善IAQ已成為當(dāng)務(wù)之急?；钚蕴祭w維以其對(duì)低濃度VOCs高凈化效率和顯著的節(jié)能優(yōu)勢(shì)而成為改善IAQzui有前景的技術(shù)之一。加大對(duì)活性碳纖維材料空氣凈化器的研究力度，使其盡早市場(chǎng)化對(duì)于美化生活環(huán)境、保護(hù)人體健康具有十分緊迫和重要的意義。

參考鏈接：
手術(shù)室凈化工程：http://www.iwuchen.com/6/
潔凈室等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/news-2/
潔凈室檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/news-3/
無(wú)塵廠房設(shè)計(jì)規(guī)范：http://www.iwuchen.com/news-4/
無(wú)塵車間管理制度：http://www.iwuchen.com/news-5/
潔凈室換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/a-95/
潔凈室施工方案：http://www.iwuchen.com/modpic-11/