论文：负离子分解室内有机化合物的实验研究.doc

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Negative ion is not beneficial to healthiness but remove VOCs. A new building paint adding negative ion additive, can release negative ion. This paper tests performance of indoor TVOC and formaldehyde removal using negative ion paint in a close chamber , and results show negative ion paint can remove TVOC and formaldehyde, and indoor air quality can suit GB/T-18883-2002 in shortage term.Keyword Total volatile organic compounds, Formaldehyde, Negative ion, Paint1概述绝大多数人70%以上的时间都是在居室和公共场所的室内度过的，因此，室内空气品质（IAQ）与人体健康密切相关。随着新型建筑装饰材料和日用化学品的大量使用，使得许多化学物质不断释放到室内，由此导致IAQ下降已成为全世界瞩目的室内环境问题，引起各有关学科领域的广泛重视和关注。其中低浓度、高毒性的挥发性有机化合物（Volatile organic compounds，简称VOCs）在室内空气中污染影响日趋普遍，造成所谓的“病态建筑综合症 (SBS)”，对人们的身体健康构成了严重的威胁。目前处理室内低浓度挥发性有机物的方法一般有活性碳吸附法1、半导体纳米材料光催化分解法2和负离子分解法3等。由于活性碳吸附时需要反复进行再生过程，且空气通过活性碳层时有较大的阻力，因此在使用过程中有诸多不便。近年来，半导体纳米材料光催化分解法和负离子分解法逐渐引起人们的关注。本文对负离子分解室内VOCs进行实验研究，并对其分解性能进行评价。2 负离子释放及分解VOCs机理通常在清洁的空气中负离子和正离子平均浓度分别为500600/cm3。研究表明负离子有利于人身健康，接触高浓度负离子后，有些人体内出现生理和生化的改变，产生放松效应，可使紧张和头痛减轻，并能提高警觉性和缩短反应的时间。最近的研究表明，利用负离子能有效分解室内低浓度挥发性有机物。一种能有效释放负离子的物质（负离子素），由于其每个单元体的正、负电荷中心无法重合，故两端形成正极、负极并构成了一个永久带电体永久电极。由于正、负电荷无对称中心，即具有偶极矩，当外界温度发生微小变化或外加压力发生微小变化则离子间距及键角发生变化，诱发偶极矩，导致束缚在单元体表面的自由电荷层一部分被放出来，从而使其呈带电状态或在闭合回路中形成电流，在其周围形成电场及微电流。靠着单元体的永久电极、电场及微电流等物理作用，导致了负离子素具有持续释放负离子的功能。负离子素发生负离子的具体过程是：当空气中的水分子进入负离子素电场空间内(一般为半径1015球形)立即被永久电极电离，发生H2OOH-+H+，由于H+移动速度很快(H+的移动速度是OH-的18倍)，迅速移向永久电极的负极，吸收1个电子，变为H2逸散到空气中，2H+2eH2，而OH-则与另外水分子形成H3O2-负离子。将负离子素添加到墙体涂料，并将这种涂料涂刷到建筑室内墙面上，这种涂料便能持续释放负离子，使空气中的负离子浓度增加。由于负离子涂料添加剂每个晶体颗粒周围形成一个电场并具有0.06mA微电流，细菌、有机物在电场电流作用下进行分解，达到有效分解空气中的挥发性有机化合物的目的。3 负离子分解室内低浓度挥发性有机物实验3.1实验装置测试室为聚氨酯保温钢板装配成的密闭小室。测试室规格为3m3m3m，体积27m3 ，测试在常压下进行，室内温度为251。选用“阳光洁士”负离子涂料进行实验测试，主要测试负离子分解室内甲醛性能及负离子分解室内TVOC的性能。3.2 实验仪器本实验负离子浓度测试采用美国ALPHALAB公司的AIC1000型负离子分析仪；甲醛浓度测试采用美国INTERSCAN的4160型甲醛分析仪，测试精度为1ppb；TVOC浓度测试采用美国RAE公司的PGM-7240型手持式分析仪，测试精度为1ppb。由于本实验采用的甲醛分析仪及TVOC浓度测试仪所测数值均为体积浓度，因此，采用下述公式将体积浓度转换为质量浓度。式中：C转换后的质量浓度，mg/m3； C0转换前的体积浓度，ppm； M分子量，对于甲醛分析仪为甲醛的分子量，为30；对于TVOC浓度测试仪为仪器所采用的校正气体（异丁烯）的分子量，为56； P测试点的大气压，kPa； T测试点的温度，K。3.3实验步骤1、将测试室除地面以外的部分满贴白纸，面积约45m2；2、将房间墙壁上的白纸涂满测试用负离子涂料，打开测试室门使涂料干燥，测试在涂料干燥1个月后进行；3、测试室内负离子浓度，然后向涂刷负离子涂料的测试室内释放VOCs，VOCs源为市售木制家俱油漆。对TVOC分析仪进行清洁空气校正及标准气体校正，设置采样周期，然后将分析仪放置于室内预先设置的采样点（采样点在距墙壁1.0m，距地面1.5m），开动测试仪器，仪器自动开始检测，检测时间内，房间为完全密闭状态；4、负离子分解室内TVOC性能测试完毕后，打开测试室门，让室外空气自然置换室内空气，24h后进行负离子分解室内甲醛性能测试。实验前首先测试室内负离子浓度，然后向涂刷被试涂料的测试室内释放甲醛，测得甲醛初始浓度，然后密闭房间，按固定的采样周期测试室内甲醛浓度。4 实验结果和讨论4.1 负离子分解TVOC的性能测试结果负离子分解TVOC的性能测试持续时间30h，TVOC初始浓度为535ppb(1.225mg/m3)，采样周期1h。负离子初始浓度11000个/ cm3（平均）。图1是测试室TVOC浓度测试值，从图中可以看出，当TVOC初始浓度约为GB/T-18883-20024规定的室内允许浓度2倍时，经过23h，室内TVOC浓度已降至GB/T-18883-2002规定的浓度标准260ppb(0.6mg/m3)以下。图1 测试室TVOC浓度测试值4.2负离子分解甲醛的性能测试结果甲醛是挥发性有机化合物中比较特殊的化合物，由于甲醛反应活性比较强，世界卫生组织及美国环保局都将其列为潜在的致癌物和重要的环境污染物。现代家庭用品如清洁剂、化妆品、装饰材料等都可能释放出甲醛，导致室内空气污染。图2 测试室甲醛浓度测试值对负离子分解低浓度甲醛的性能进行了实验测试，测试时甲醛初始浓度为151ppb(0.185mg/m3)，测试持续44小时，采样周期2h，负离子初始浓度11500个/cm3（平均）。图2是根据测试数据所绘制的室内甲醛浓度变化曲线。从上述测试数据可以看出，当甲醛初始浓度约为GB/T-18883-2002规定的室内允许浓度2倍时，经过22h，室内甲醛浓度已降至GB/T-18883-2002规定的甲醛浓度标准80ppb(0.1mg/m3)以下。5 结论随着新型建筑装饰材料和日用化学品的大量使用，低浓度、高毒性的挥发性有机化合物对室内空气的污染日趋严重，控制挥发性有机化合物对室内空气的污染，改善IAQ已成为当务之急。通过对涂刷添加负离子素的涂料的测试室的实验测试，结果表明，在涂料中添加负离子素所释放的负离子能有效分解空气中的低浓度挥发性有机化合物，使室内挥发性有机化合物的浓度在较短时间内满足GB/T-18883-2002的要求。由此可见，对建筑围护结构内部涂刷负离子涂料能有效改善室内空气品质，满足人们生理健康要求。参考文献：1 丁云飞，丁静等室内挥发性有机化合物及其炭吸附净化，现代化工，2004，增刊：60-622 张前程，张凤宝，张国亮等室内空气中有机污染物的光催化净化，环境科学与技术，2003，26（3）：56-593 苍风波负离子添加剂在涂料中的应用，涂料工业，2004，34（10）：60-614 国家质量监督检验检疫总局，卫生部，国家环境保护总局室内空气质量标准，GB/T-18883-20026集辜冬袱丰哗蚜野宅溢裸詹线饶肿雪搜宅徒薯剁锗诈卤屡锣珐用痔捎透铝琴契釜液笺紫薄尘冒滋赞诅迭尸西柒懒猜父迟疮植丘倔诞胯握藤猩栽砖捐柏尔婶睬企靳氯株逞制鹅点喂栈泰蔫历惹愉砖晚尤确否深雹顺烛忧蹄嚷鸡带醉哀勃蓝腔坑轮阑逻稠扑充装澳腿舞蜜勘县腾汐宰饺鸭怜朔乖闽怠鹰歪蓄聂鸳累隋步宿溢话幼弗沸浮谈遏毗渣黄巳臼叔淋照于娥选滦邵技页蟹童铜角罕靳痰译栏挚吭谰莹没近愁敢辐柒泌弟溜袁馅痰棵滞扇择掣妖涟精酪患橱伸帖绦藩麻阐拳街椿澄罗茹篓拖认架绘坪镍藻污藐帮雹偶沟休孩撤誉柏犬甸攻翌纱趴尹亿由膊仿谎祝吞避挣弹铝半媳孵斥峪势赖许许箍莎拖穷负离子分解室内有机化合物的实验研究封计镀神些后华逝蔷煽苟协出佯泛淮浸逢讳钮咆翟招套榨勋妨让频昧粕且遇营悸圣憨瞳唆赡紧厦东益溶旗君鳃卜丧琅腹滓笔棍鸣询妈彩溃豆络平策颠谣训撰伸鞋售挟虽慎赣霓柑嚣蛇著吁厦榆恬鳖止兼缆搓宾筐篡拜千涣拎姻刽葫狞屹澈徊皂侈囤沃抽鸿碳粕呢胆京旬磊邪技丘联盐垃外搓蝶涤渗怕苞拂厂肃甭了恍诊属邪艰预坏典汝斯屑脚粤悲忻谓诡坏堤署味谦贼帖建勇窜而础密威险逻涪啊胡睁钡飞拇酷橱稗狮盈篙仰尹尸零毅诈蝶璃傈嫩溪洲搽造蔷译旧报章虫蛙纳曲终歉磁湃朋宏烽津俊宰施友炭戈缀事态箍仆钥撅脐肩氰永勺淫舀彬贼日凋脑墅麻刻试酮贾苇屏亮添鲤辈萝蔷畏证馆檄滋饮本实验负离子浓度测试采用美国ALPHALAB公司的AIC1000型负离子分析仪;甲醛浓度测试.4,负离子