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廣州凈化工程室內VOCs的來(lái)源及控制方法
1室內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(lèi)、氧烴類(lèi)、含鹵烴類(lèi)、氮烴及硫烴類(lèi)、低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴類(lèi)等。室內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。
據日本政府的一個(gè)調查小組經(jīng)過(guò)檢測后宣布，日本大約有30%的住宅因為使用有害化學(xué)物質(zhì)而引發(fā)“新居綜合癥”[1]，其調查內容是以甲醛、甲苯、二甲苯和乙苯等四種化學(xué)物質(zhì)為對象，使用檢測儀器對4500戶(hù)住宅進(jìn)行檢測，取得上述有害氣體在室內空氣中24小時(shí)的平均濃度，結果顯示：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。李延紅等[2]對新裝修的住宅進(jìn)行了調查，結果顯示，竣工6個(gè)月內的住宅，有47.4%的居留者感覺(jué)有眼刺激癥狀，5.9%的居留者感覺(jué)有上呼吸道刺激癥狀；竣工6～12個(gè)月的住宅，統計數值分別為29.6%和4.0%，而對照組的統計數值僅為4.6%和0.6%。由此可見(jiàn)，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對室內IAQ有很大影響，并且影響時(shí)間很長(cháng)。Huang等[3]建立了數學(xué)模型來(lái)模擬干燥的建筑材料中VOC的釋放率問(wèn)題，模型考慮了材料內部的質(zhì)量擴散過(guò)程和邊界層的對流與擴散過(guò)程，將模擬結果與實(shí)驗進(jìn)行了比較，結果顯示，空氣流速對VOCs的釋放率有較大影響，隨著(zhù)速度的增大，擴散率也顯著(zhù)增大。
目前我國城市 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，導致IAQ下降。在市區，機動(dòng)車(chē)尾氣成為室外最主要的VOCs污染源，分析結果表明，其VOCs主要是單環(huán)芳烴和低碳數脂肪烴，如苯、甲苯、二甲苯和碳數為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]對北大校園區室內VOCs研究發(fā)現，室內總VOCs濃度中由室外汽車(chē)尾氣產(chǎn)生的以芳香烴和烷烴為主的VOCs占76%～92%，可見(jiàn)，受室外汽車(chē)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VOCs濃度升高。王思躍等[5]報道北京大氣中苯、氯仿和苯乙烯等可致癌物在大氣中的含量已經(jīng)遠遠超過(guò)美國和加拿大1989年推薦的長(cháng)時(shí)間暴露癌變可能性最高值，其中北京1995年大氣中苯日平均含量就已經(jīng)高出美國推薦值的44%，1999年第1季度實(shí)測平均值已經(jīng)超出美國1.5倍，1999年第1季度陰霧天氣下測定平均值，也比美國、加拿大1989年推薦的短時(shí)間暴露癌變可能性危險值高得多，其中氯甲烷比美國推薦值高5.2倍，比加拿大推薦值高45倍。苯乙烯為大氣中惡臭物質(zhì)，并有較強的光化學(xué)活性，發(fā)達國家對此種物質(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數在5×10 - 9以上，污染高峰時(shí)可達50×10 - 9。
2室內環(huán)境中VOCs的控制方法
使用VOCs零排放的建材或裝修材料，采用源頭治理最為理想，但近期難以實(shí)現。加大室內新風(fēng)量雖然可以降低室內VOCs濃度，但空調或采暖能耗也將明顯增加，且有的地區部分時(shí)段室外大氣中的VOCs濃度也比較高，即使加大新風(fēng)量，也難以改善室內空氣品質(zhì)。因此在我國目前的情況下采用空氣凈化器消除室內VOCs是比較行之有效的方法。目前常規處理低濃度揮發(fā)性有機物的方法是半導體納米材料光催化分解法和活性碳吸附法。使用半導體納米光催化材料消除VOC是近年來(lái)興起的一項新技術(shù)，自1972年Fujishima和Honda[6]發(fā)現在受輻照的TiO2上可以持續發(fā)生水的氧化還原反應并產(chǎn)生氫以來(lái)，半導體光催化得到了進(jìn)一步的研究。由于它具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應條件溫和、可減少二次污染以及能夠連續工作的優(yōu)點(diǎn)，其應用日益受到人們的重視。但對于利用納米TiO2光催化分解VOCs這一極具應用前景的方法，由于其關(guān)鍵機。
理問(wèn)題還沒(méi)完全解決，離市場(chǎng)化還有一定距離�；钚蕴嘉椒▌t是一種傳統的處理VOCs的方法，其處理成本低，效果顯著(zhù)，多年來(lái)一直得到廣泛的應用。
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)，帶有不同種的孔結構，通常能夠由多種材料經(jīng)碳化和活化制備，如泥煤、煤炭、堅果殼、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(lài)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構及其在吸附VOCs時(shí)的依賴(lài)性，泥煤基活性碳的VOCs吸附量幾乎不依賴(lài)于溫度，通過(guò)對活性碳吸附四氯化碳、三氯甲烷、苯、二氯甲烷的研究，發(fā)現由于高的吸附熱和吸附過(guò)程中的低的熵變，苯是最易吸附的。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)及氣流量對活性碳吸附的影響。
強化吸附過(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，得到了苯和丁酮吸附熱、焓、自由能和熵，結果顯示，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]對活性碳吸附碳氫化合物時(shí)在多孔碳顆粒中發(fā)生的幾種不同的質(zhì)量傳遞機理進(jìn)行了研究。Do等[11]對活性碳吸附甲烷、乙烷、丙烷時(shí)的表面擴散率進(jìn)行了研究。Fiani等[12]對活性碳吸附n-丁烷進(jìn)行了研究，發(fā)現溫度和吸附質(zhì)分壓力對吸附動(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)傳遞現象。
3．2活性碳纖維吸附VOCs
活性碳纖維亦稱(chēng)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系統進(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)明吸附特性最重要的參數是比表面積，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 2000m2 /g（粉塵狀活性碳為1000 -1200 m2 /g）。它是由纖維狀前驅體，經(jīng)一定的程序炭化活化而成。較發(fā)達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體的有機纖維主要有纖維素基，PAN基，酚醛基，瀝青基，聚乙烯醇基，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%的碳原子位于內外表面，構筑成獨特的吸附結構，被稱(chēng)為表面性固體。它是一種典型的微孔炭(MPAC)，孔隙直接開(kāi)口于纖維表面，超微粒子以各種方式結合在一起，形成豐富的納米空間。
Navarri 等對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，以二甲苯、乙酸乙酯和全氯乙烯作為測試氣體，研究表明，活性碳纖維的比表面積強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(lèi)型、濃度和速度等過(guò)程變量對吸附性能的影響，結果顯示，在吸附n-丁烷時(shí)當吸附質(zhì)濃度較高時(shí)，吸附量是吸附劑孔容積的函數，當吸附質(zhì)濃度較低時(shí)，吸附量主要依賴(lài)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)，對低濃度吸附質(zhì)，吸附量能依據吸附質(zhì)的摩爾等張比容值精確預測。
對活性碳纖維進(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活性碳纖維孔表面的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了修飾，結果顯示對活性碳纖維采用氧化處理后，在吸附甲醛時(shí)能顯著(zhù)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其微觀(guān)吸附特性也有較大影響，M.A.等[16]研究了利用不同前驅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。 |
