（工程热物理专业论文）直流电晕自由基簇射脱除室内污染物的试验研究.pdf

浙大学硕士学位论文 摘业 摘要 本文首先评述了室内空气污染对人类健康的巨大危害及它的污染现状，同时 阐述了各种传统及新兴的室内空气净化技术，指出了电晕放电自由基簇射技术应 用于该领域的优势。 简要介绍了量子化学中的密度泛函理论。采用从头计算法中的h f 、m p 2 和 密度泛函中的b 3 l y p 方法，在6 - 3 1 g ( d ) 基组水平上，优化了各物种的平衡儿何 构型和能量。计算结果表明h f 和m p 2 方法计算得到的分f 能量较高，b 3 l y p 方法计算得到的分子能量最接近实验值，所以选用b 3 l y p 方法较为可靠。在此 基础上理论计算了各物种的键解离能，其计算结果与实验值符合的很好，因此采 用此方法计算能可靠的预测分子键解离能。 通过量化计算结果确认自由基源物质的键解离能远小于背景气体n 2 ，其键 解离能均存4 5 e v 之间。且根据研究者对电晕放电的模拟，拟和得到的不同放 电电压下整个放电气隙的平均能量分布指出：在整个放电过程中，电子能量大多 数在5 2 0 e v 范围内。结合实验结果表明：在整个放电过程中，高能电子能有 效的将自由基源物质( 0 2 和h 2 0 ) 解离为o 和o h 自由基。 实验研究了采用0 2 + h 2 0 作为自由基源物质对甲醛进行降解。结果表明，o 、 o h 和h 0 2 自由基对甲醛降解的重要作用：喷嘴电极垂直于极板放置优于平行放 置模式；喷嘴直径为3 m m 能够取得较佳的甲醛降解效果：且废气中甲醛初始浓 度的降低有利于降解效率的提高。说明电晕放电自由基簇射技术适合应用于室内 空气低浓度的甲醛污染物的脱除。 通过对甲醛降解过程中各化学反应机理和难易程度的分析，得出了在以0 2 和h 2 0 作为自由基源物质的电晕放电反应中，由o 、o h 自由基引发，以h c o 自由基为催化剂的自由基链式反应将甲醛降解成为甲酸，其中氧气是甲醛降解氧 化反应的主氧化剂。甲醛降解成为甲酸和c o 后，进一步氧化将生成c 0 2 和水等 无害物质。 通过对降解产物进行分析，发现甲醛降解后主要的降解产物为碳氧化物和水 另外还存在一一些未能来得及降解的甲醛分子。由此推断甲醛在电晕放电自由基簇 射过程中通过与自由基等的氧化反应，最终转化成为一氧化碳和水等无害物质。 关键词：电晕放电自由基密度泛函键解离能甲醛降解 浙江大学硕士学位论文a b s l a c t a b s t r a c t t h et h e s i sf i r s tr e v i e w e ds e v e r ea d v e r s ee f f e c t so nh u m a nh e a l t ho fi n d o o ra i r p o l l u t i o na n dt h ep o l l u t i o na c t u a l i t y , w h i l ei n t r o d u c e dv a r i o u sp u r l f y i n gi n d o o ra i r t e c h n o l o g i e si n c l u d i n gt h et r a d i t i o n a la n dn e wo n e s t h e nt h ea d v a n t a g e so fr e m o v a l o fi n d o o ra i rp o l l u t a n t su s i n gac o r o n ar a d i c a ls h o w e rs y s t e mw a si n d i c a t e d d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r yf d f r ) o fq u a n t u mc h e m i s t r yw a sb r i e f l yi n t r o d u c e d h fa n dm p 2m e t h o d so f t h ea b i n i t i ot h e o r ya n db 3 l y pm e t h o do f d e n s i t yf u n c t i o n a l t h e o r ya l lw i t h6 - 31 g ( d ) b a s i ss e t ，w e r ee m p l o y e dt oo p t i m m et h ee q u i l i b r i u m g e o m e t r ym o l e c u l ec o n f i g u r a t i o na n de n e r g y t h ev a l u e sc a l c u l a t e dw i t hh fa n dm p 2 w e r eh i g h e rt h a nt h eo n e sw i t hb 3 l y p ，w h i l eb 3 l y pp r o v i d e dm o r ea c c u r a t er e s u l t s w h i c hw e l lm a t c h e dt h ee x p e r i m e n to n e s b a s e do nt h i s ，t h eb o n dd i s s o c i a t i o n e n e r g i e s ( b d e ) w e r ec a l c u l a t e dw i t hb 3 l y pm e t h o di ns o m eb a s i sl e v e l s t h er e s u l t s p e r f o r m e dw e l lw i t he x p e r i m e n tv a l u e s ，s h o w i n gh i 曲p o t e n t i a li nb d e c a l c u l a t i o n s 。 t h er e s u l t sv a r y i n gb e t w e e n4 e va n d5 e vs h o w e dt h a tt h eb d e so ff r e er a d i c a l r e s o u r c e sw e r ef 盯l e s st h a nt h a to fn 2 ( m a i nc o m p o n e n ti n b a c k g r o u n d g a s ) a c c o r d i n gt o t h ec o r o n ad i s c h a r g es i m u l a t i o no fp r e v i o u sr e s e a r c h e r sa n d e l e c t r o ne n e r g ya v e r a g ed i s t r i b u t i o n ，t h ee l e c t r o ne n e r g ym a i n l yd i s t r i b u t e db e t w e e n 5 e va n d2 0 e vi nt h ew h o l ep r o c e s s t h ec o m b i n a t i o no f t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n sa n d r e l e v a n te x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h eh i g he n e r g ye l e c t r o nc a nd i s s o c i a t ef r e er a d i c a l r e s o u r c e st o0o ro hr a d i c a l sa v a i l a b l y u s i n g0 2 + h 2 0 a sr a d i c a lr e s o u r c e s ，t h e e x p e r i m e n t so nf o r m a l d e h y d e d e g r a d a t i o ni na t m o s p h e r i cp r e s s u r ew e r ec a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o w e dt h a to ，o h a n dh 0 2r a d i c a l sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l eo nf o r m a l d e h ) 7 d er e m o v a l d e g r a d a t i o n e f f e c tw i t hn o z z l ee l e c t r o d el o c a t e dp e r p e n d i c u l a r l yt ot h ep l a t ee l e c t r o d ew a sb e t t e r t h a nt h a tw i t hn o z z l eo n ep a r a l l e l l yt ot h ep l a t ee l e c t r o d e c h o o s i n gt h en o z z l eo f # 3 m mc a no b t a i nt h eb e t t e rf o r m a l d e h y d er e m o v a le f f i c i e n c y a n dr e d u c i n gt h e f o r m a l d e h y d e i n i t i a lc o n c e n t r a t i o nw a sa d v a n t a g e o u st oi n c r e a s e d e g r a d a t i o n e f f i c i e n c y i td e m o n s t r a t e dt h a tr e m o v a lo fi n d o o ra i rp o l l u t a n t su s i n gac o r o n ar a d i c a l s h o w e rs y s t e mw a ss u i t a b l e t h ei n t e n s i v ei n v e s t i g a t i o nh a db e e nc a r r i e do u to nf o r m a l d e h y d er e m o v a la n d d e g r a d a t i o np r o c e s sb yp l a s m a ，w h i c hc o v e r e dv a r i o u sr e a c t i o nm e c h a n i s m sa n d d i f f i c u l t yd e g r e e s i tw a ss h o w e dd u r i n gt h ep l a s m ad i s c h a r g er e a c t i o nw i t hr a d i c a l n 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t r e s o u r c e s0 2a n dh 2 0 f i r s t l y , t h er e a c t i o nw a si n d u c e db y0a n d0 hf r e er a d i c a l s ； s e c o n d l y , w i t ht h ec a t a l y z e rh c o f o r m a l d e h y d ew a sd e g r a d e dt of o r m i ca c i di no n e f r e er a d i c a l sc h a i nr e a c t i o n ，i nw h i c ho x y g e nw a st h em a i no x i d i z e r a f t e r f o r m a l d e h y d ew a sd e g r a d e dt of o r m i ca c i da n dc o ，c 0 2a n dh 2 0w e r ep r o d u c e db y f a r t h e ro x i d a t i o nr e a c t i o n s t h ea n a l y s i s0 1 1d e g r a d a t i o np r o d u c t i o n ss h o w e dt h a tt h ed e g r a d a t i o np r o d u c t s c o n t a i n e dc o x ，h 2 0a n ds o m ef o r m a l d e h y d em o l e c u l e sn o tt ob ed e c o m p o s e d b e c a u s eo fn ot i m ee n o u g h a c c o r d i n g l y , i tw a si n f e r r e dt h a tf o r m a l d e h y d ew i t h r a d i c a l so x i d a t i o nr e a c t i o n so nt h ec o r o n ad i s c h a r g ep r o c e s sc a nb eu l t i m a t e l y d e g r a d e dt oh a r m l e s sm a t e r i a l s ( c 0 2 ，h 2 0 ，e t c ) k e yw o r d s ：c o r o n ad i s c h a r g e ，f r e er a d i c a l ，d e n s i t y f u n c t i o n a l t h e o r y , b o n d d i s s o c i a t i o ne n e r g y , d e c o m p o s i n gf o r m a l d y h d e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的毛毋究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝逛太堂或其他教育机 构的学位或证书两使用过的材料。与我一黼工作的同志对本研究联做豹任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：诺皖我 签字目缎：力咿二年z 月基日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝堑太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构遴交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阕。本人授权堑廷太堂哥阱将学位论文豹全郝或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：籼受 导师签名： 庑初 签字日期：，年 彳月孑曰 签字日期：2 年月g 日 工作单位：；铭_ ；2 掀拜像2 柱爿 f 器厶司电话：，岁坊珈r 夕 通讯地址；希叫奇等星搭卵刍参 世六及如苷参 邮编：，。止 浙江大学硕士学位论文 第章绪论 1 1 引言 第一章绪论 进入新的世纪以来，保护生态环境，促进可持续发展成为人类面临的一个重要 问题。但是人类经历了工业革命带来的“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染之后，面临 的是以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。人们在治理大气和水污染等环境污 染不惜重本，却忽视了一个与人们生活息息相关，直接涉及人身健康的室内环境污 染问题。 对于大多数人来说，一生中有超过8 0 9 0 的时间是在室内环境中度过，老人 和婴儿则可能高达9 5 的时间是在室内生活i ”。随着室内污染物的来源及种类的日 趋增多，其对人健康的影响也随之严重起来。二十世纪6 0 年代以来国外学者开始关 注室内空气的环境问题，并提出了室内空气质量( i a q ) 的概念1 2 1 。1 9 9 2 年，国际 社会专门成立了“国际室内空气质量与气候协会”( i s i a q ) 。我国对于室内环境的 研究开始于二十世纪8 0 年代，并在2 0 0 3 年3 月1 日颁布了室内空气质量标准 ( g b t 1 8 8 8 3 - - 2 0 0 2 ) 。2 0 0 2 年底爆发的s a r s 疫情给人们留下的警示，人们越来 越意识到室内空气品质的重要性，如何改善人们的住宅、商业和工业大厦的室内环 境，已成为现今一热门研究课题。 1 2 室内空气污染物的种类、来源和危害 1 2 1 室内常见空气污染物的种类和来源 室内空气污染的来源主要是建筑材料及室内装修的污染、人的自身活动带来的 污染、室内设备和室外空气直接进入室内的污染等。主要包括气体污染物和悬浮固 体颗粒物。表1 1 为室内主要污染物的定义和来源2 1 。 b 浙江大学硕士学位论文 第章绪论 表1 1 为室内污染物定义和来源 分 污染物 定义 主要来源 类 是一种无色，有强烈刺激尿素一甲醛树脂( 主要是人造地 性的气体。甲醛的沸点和 板，如胶合板、大芯板、中纤板、 甲醛( 也称蚁醛，熔点分别是1 9 5 和9 2刨花板等的粘合剂) ，尿素一甲 h c h o )。在常温下极易挥发，醛绝缘泡沫( u f f i ) 、环境烟草 挥发速度随着温度的上烟气和燃烧源( 如：煤气灶、热 气 升而增大。风采暖装置等) 。 态 沸点范围在5 0 l o o o 勇j建筑材料、家具，油漆、脱 污总挥发性有机物 2 4 0 2 6 0 c 之间的化合 漆剂、涂料、清洗剂和消毒剂、 染 ( t v o c s ) 物。强挥发性，有特殊气黏合剂、合成纤维、塑料制 物味、刺激性、有毒的气体。 品，纺织品等。 煤油加热器、无通风孔的气 其他燃烧产物 炉、加热器、环境烟草烟气 ( c o n 0 2 s 0 2 ) 等。 是一种具有强烈刺激性建筑施工时添加的防冻剂和部 氨 气味的气体。分室内装饰材料等。 指由吸烟者呼出的主流 烟气和烟支阴燃产生的 侧流烟气在空气中经混 环境烟草烟雾( e t s ) 香烟、烟斗、雪茄烟气等。 合、稀释和陈化而形成 的，高度复杂的动态混合 悬 物。 浮 在悬浮空气中的空气动 壁炉、木材炉、煤油加热器、固 可吸入颗粒物力学当量小于等于l o 及环境烟草烟气等。体 m 的细小悬浮颗粒物。 颗 粒 生物污染物包括细菌、病 毒，真菌、花粉、虱子和家具、食品、人类及家庭宠 物生物污染物 其他昆虫，动物的代谢物物的代谢物、增湿器等。 等。 内墙涂料的助荆、被污染的饮用 重金属( 汞、铅等)水，由室外污染源( 如被污染的 土壤、携污染物的灰) 带入室内。 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 2 室内主要空气污染物的危害 1 2 2 1 挥发性有机物( v o c s ) 近年来的研究表明，室内v o c s 至少在3 5 0 种以上，其中2 0 多种为致癌物和 致突变物【1 3 1 。常见的有甲醛、苯，甲苯、二甲苯、三氯甲烷、三氯乙烯，萘和二 己氰酸酯等。除此之外，多环芳香烃( p a h s ) 作为致癌物也日益引起关注u 4 ) 。其 中至少有十几种被列入美国国家环境保护局( e p a ) 和我国国家环境保护总局确定 的优先监测物质名单。 1 9 8 6 年，丹麦l a r sm o l h o v e 学者提出了用总挥发性有机物( t v o c s ) 来考察多 种挥发性有机物的联合作用对人体健康的影响。1 9 9 0 年，德国学者b e m ds e i f e r t 提出了一套室内空气v o c s 含量的限量标准，其浓度的指导限值为3 0 0 ug m 3 ，其 中单个化合物的质量浓度不超过所属分类的5 0 ，也不得超过t v o c s 的1 0 。 详见图1 i 。 图1 1 室内空气v o c s 浓度指导限值( 甲醛除外) 虽然室内空气单个v o c s 含量远低于其限制浓度，但多种v o c s 混合存在及相 互作用后，其危害强度增大，对人体健康危害是相当严重的。m i c h a e l i 瞻出v o c s 与生物气溶胶同为不良建筑物综合症( s b s ) 潜在的首要危险因素，对人群健康危 害巨大。当t v o c s 在o 2 m g m 3 以下不会影响人体健康，人体无不适症状；在0 2 0 3 m g m 3 时与其他因素联合作用，人体可能出现眼睛、鼻子咽喉发炎以及皮肤过 敏：在o 3 2 5 m g m 3 时产生刺激、头痛，恶心呕吐及其它症状；当大于2 5 m g m 3 时毒性效应非常明显，除疲劳、头晕外可能出现虚脱，甚至昏迷0 6 - ) s 】。例如苯对人 的皮肤、眼睛和上呼吸道有刺激作用，在短时间内吸入高浓度的苯会影响中枢神经 系统功能，出现头痛，头晕、恶心、呕吐、步态不稳、虚脱和昏迷等急性中毒现象： 慢性中毒时会引起白细胞减少，严重中毒时会导致再生障碍性贫血。三氯甲烷、三 氯乙烯有可能是致癌物。其慢性中毒主要表现为头晕、呕吐、消化不良、食欲减退、 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 虚弱，严重者出现精神异常。 而甲醛作为室内空气污染中危害最大的物质，作为一项考察室内空气品质的指 标被单独列出。 1 2 2 2 甲醛 二十世纪8 0 年代，国内外研究者对甲醛对人体健康的影响进行了大量的研究 工作 1 9 - 2 2 1 。当室内甲醛浓度为o 0 3 6m g , m 3 时，人体对其没有什么感应。而当其浓 度增加到0 0 6m g m 3 时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0 0 9 6 m g m 3 时，就有异味和不适感；达到1 2 m g m 3 时，可刺激眼睛，引起流泪；眼、鼻、 喉局部黏膜充血；引起咽喉不适或疼痛；喘息和咳嗽。浓度为6 0m g m 3 时，可 引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿。甲醛对神经系统的危害更大，特别是 对视丘有强烈的毒性作用。 世界卫生组织( w h o ) 和美国国家环境保护局( e p a ) 均把甲醛列为人类可 能致癌物质【2 3 l 。国际癌症研究机构( i n t e r n a t i o n a la g e n c yf o rr e s e a r c ho nc a n c e r ， i a r c ) 研究表明甲醛会促进彝，咽喉处的癌症发病率；用果蝇作试验表明甲醛有 致使真核细胞和原核细胞突变作用口”。甲醛对受精卵或胚胎有不利影响，胚胎显 示有细胞受损和高的死亡率f 2 5 1 。易建华、谢颖1 2 6 - 2 7 1 等研究了甲醛对雄性小鼠生殖 细胞的毒性，他们用不同剂量甲醛经腹腔注射连续染毒小鼠5 天，结果表明甲醛可 导致小鼠生殖细胞变性、坏死；随染毒剂量的增加，精子数减少。甲醛进入人体后 可使多种酶受到抑制，破坏核酸的合成，可使维生素c 的代谢紊乱。有关甲醛与致 癌的研究近年来开展了很多。但结果并不完全一致【2 4 1 。 表1 2 短周期内释放甲醛对人体的影响口8 1 症状甲醛浓度im g m ) 浓度范围估算值 有异味和不适感o 0 6 一1 2o 1 刺激眼睛，引起流泪 o 0 l - 1 9o 5 引起咽喉不适或疼痛 o 1 3 10 6 局部黏膜充血( 眼、鼻) 2 5 3 73 1 可容忍的3 0 分钟( 流泪)5 6 25 6 强烈流泪，持续长达1 小时 1 2 2 51 7 8 危及生命( 引起恶心呕吐。咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿) 3 7 - 6 03 7 5 死亡6 0 一1 2 51 2 5 甲醛在室内所达到的浓度对人体的影响，根据其危害的程度由轻到重可以分成 六等。分别是：不适、流泪、打喷嚏、咳嗽胸闷、恶心呕吐和呼吸困难。1 9 8 5 年， 4 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 世界卫生组织( w h o ) 召集了大批研究人员，在其之前出版的空气质量指南 甲醛的基础上，对室内甲醛的释放和人体健康影响之间的关系进行了整理和总结。 利用临床学和流行病学大量个体反应数据总结出了引起人体各种症状的甲醛释放 含量值，如表1 2 所示。一般甲醛中毒可分为以下三类： 1 皮肤和呼吸道黏膜的损害：皮肤瘙痒、充血、出现丘疹。有视物模糊、头晕、 头痛、乏力等全身症状；有眼及上呼吸道粘膜刺激的症状，如眼结膜充血、水 肿，两肺呼吸音粗糙，胸部x 射线检查有肺纹理增多、增粗。 2 急性中毒：是接触高浓度甲醛蒸气引起的以眼、呼吸系统损害为主的全身性疾 病。其症状为流泪、眼剧痛；喉痒、鼻分泌物增加；咳嗽、胸闷、全身无力； 多汗头痛、有时发生眩晕：局部黏膜充血( 眼、鼻) 、出血：还可出现神经系 统症状比如：步态不稳，肌肉痉挛等。严重者会导致喉头水肿及窒息。 3 慢性中毒：在长期接触低浓度甲醛后可造成慢性中毒，表现为：消化功能下降、 兴奋性加强、视力有障碍、颜面神经麻痹、坐骨神经区疼痛、眼球震颤、共济 失调，以及伴有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱等。甲醛慢性中毒还可出 现感觉障碍和造成阻塞性肺通气功能障碍。 1 2 3 室内其他空气污染物的危害 此外，室内还存在着气体污染物如燃烧产物、氨气等；以及悬浮固体颗粒物如 环境烟草烟雾、可吸入颗粒物、重金属等。它们对人体健康也存在着不良影响。 表1 3 羧络( 碳氧) 血红蛋白( c o h b ) 对人体健康的影响【2 3 i 安雯耋c o h 、6 的百对人体健康的不良影响 分含量( ) ”“” 据统计，一经常锻炼的健康男子由于疲劳将会减少3 - 7 的工作时间“ 据统计，减少了患有咽喉炎的病人的运动量( 在为产生疼痛前进行的短 时间锻炼) ，增加了病人咽喉疼痛的时间6 c o 污染警戒点。 据统计，在激烈运动中减少了年轻健康人类的最大氧耗量和运动时间。 据统计，视力下降、体力减弱，理解力退化。 据统计，在剧烈运动时一健康人类的最大氧耗量下降6 头痛、疲劳4 虚脱4 昏迷，继续处于c o 环境中将至死亡 死亡 注：au s e p a ( 1 9 7 9 ) ；bu s e p a ( 1 9 8 5 1 5 1 j 5 4 4 j 7 o 孙 撙 q 他 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 室内所产生的燃烧产物主要是c o 和c 0 2 。一氧化碳中毒主要是由于它能分解 血色素形成羧络( 碳氧) 血红蛋白( c o h b ) ，使其浓度达到3 ，对于吸烟者来说 它的浓度将超过1 0 。从而中断了血色素中氧气的传输，降低了血糖的功能，减 缓了新陈代谢。c o h b 的含量同人体健康的影响如表1 3 所示。 氨是造成室内异味的主要空气污染物。它对口、鼻粘膜和上呼吸道有很强的刺 激和腐蚀作用，其症状根据氨的浓度、吸入时间以及个人感受性等有所不同。近年 来，室内空气中氨的污染受到关注，已经发生多起由氨超标导致的法律纠纷。 环境烟草烟雾对人类健康的不良影响除对肺部的损坏( 引起肺水肿、肺癌和慢 性肺病等) 外，还会产生其他多种疾病。按其程度轻重有：鼻咽喉发炎、鼻充血、 长期持久咳嗽；结膜炎、头痛；喘息( 支气管炎) ；慢性呼吸系统恶化和心血管疾 病等。 可吸入颗粒物在室内主要以气溶胶和小液滴的形式存在。它可以分为相对大颗 粒( 直径大于2 5p m ) 和微粒( 直径为2 5p m ，p m 2 5 ) 两大类。二十世纪8 0 年 代，发现p m i o 是影响人类健康的重要病源。这些颗粒渗透到人体的肺泡中，会加 剧恶化呼吸道疾病( 如哮喘等) 。美国环保署( e p a ) 对这些颗粒物的影响进行了 长时间的监测。近年来大量研究表明，随着粒径的减小，颗粒物的浓度对人体健康 的影响越大。 生物污染物包括细菌、病毒、真菌、花粉、虱子和其他昆虫，动物的代谢物等。 它们会降低室内空气品质。但是，这些生物污染物对人类健康的影响是因人而异的， 有些人处在一定的生物污染环境下，没有产生不良反应：而有些人则会产生过敏、 中毒等反应1 2 叫。室内生物污染物对人体造成的疾病很多，概括起来可以分为以下 三类：过敏性反应、传染性疾病和中毒。 苇矍嚣车耄：嚣鼗：赣鐾霉兰絮端鸶登量躲鑫蚤爱藩舅耋鋈翥雷运要喜面譬譬：耋蛙 妻鏖量巾毒魂热篓曼越：嚣黼：静塞塑、纂 、置辐，耻压墉失常和勰氧 报重度钳中毒t 可导致脏嚣掼喜。镫性脑瘸瘴癀，昏建，甚至死亡 一 。 。 图1 2 儿童铅中毒的等级示意图 室内的重金属污染主要是铅和汞的污染。铅作为一种剧毒物质，受到国内外各 界的广泛关注。经大量的研究证实，它能损害人的中枢神经、造血和生殖系统；损 害肾或肺功能，引起接触性皮炎、湿疹，影响中枢神经系统，影响儿童的生长发育 和智力发展1 2 ”。美国国家疾病控制中心【3 0 1 将儿童铅中毒的标准规定为血铅水平大 6 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 于或等于1 0 0 岭，l ( 国际标准0 4 8 3 i _ t m o l l ) ，儿童铅中毒的程度大多为轻、中度水 平，极少达到严重水平，详见图1 2 。 汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性，可通过呼吸道进入肺泡，经血液循 环运至全身。血液中的金属汞进入脑组织后，被氧化成汞离子，逐渐在脑组织中积 累，当它达到一定的量时，就会对脑组织造成损害；另外一部分汞离子将会转移到 肾脏【3 1 1 。 1 3 国内外室内空气污染现状 近年来，大量报导指出室内环境污染严重超标，危及人类健康。在首届全国室 内空气质量与健康学术研讨会上，有关部门公布了一项惊人的数字：目前发展中国 家有近2 0 0 万例超额死亡可能由于室内空气污染所致，全球约4 的疾病与室内环 境有关。 1 3 1 国内室内空气污染现状 据统计，我国每年由室内空气污染引起的超额死亡人数可达l1 1 万人，超额 门诊数2 2 万人次，超额急诊4 3 0 万人次。严重的室内污染造成了巨大的经济损失， 仅1 9 9 5 年我国因室内环境污染危害健康所导致的经济损失就高达1 0 7 亿美元。据 有关部门不完全统计自2 0 0 1 年至2 0 0 4 年出现了因室内环境污染十大典型索赔案件 赔偿金额达5 0 0 多万元。 哈医大卫生检验中心对南岗区、道外区和太平区的2 2 户居民室内空气进行卫 生学调查，测定了危害人体健康的5 项指标。结果显示，甲醛超标率达6 3 ，超 标的居室装修时间都在1 年以内，而装修3 个月内的超标率达1 0 0 ，最高的超过 近l o 倍；苯和总挥发性有机物超标率4 0 ，超标的居室装修时间也均未超过3 个 月。 中国室内装饰协会室内环境监测中心苏州分中心应客户要求进行上门检测，发 现本市室内装修造成的空气污染也很严重：甲醛、苯及苯系物、氨、氡、放射线均 有不同程度超标，严重者甲醛竟然超了2 0 多倍，室内无法停留。 1 3 2 国外室内空气污染现状 国际上对室内环境污染问题也在早几年就开展了一系列研究。国际空气质量与 气候协会( i s i a q ) 已经工作多年。美国成立了专门机构负责空气质量工作，历 时五年进行专题调查。结果发现，许多民用和商用建筑室内空气污染程度是室外空 气的2 5 倍，有的甚至超过1 0 0 倍。 卜 浙扛大学硕士学位论文第一章绪论 澳大利亚专家发现室内空气污染程度超过室外5 2 0 倍。室内空气污染的严重 性，不亚于汽车尾气，主要来自油漆等涂料、人造板及家具中的甲醛、空气清新剂、 衣服干洗剂等挥发性有机物。 据国际有关组织调查统计，世界上3 0 的新建或重修的建筑物中发现室内空 气有害健康，这些污染空气已经导致全球性的人口发病率和死亡率的增加，室内空 气污染已经列入对公众健康危害五种环境因素之一。 1 4 室内环境质量的国家和国外机构标准 1 4 1 国内室内空气污染物控制标准 表1 4 室内空气质营标准g b t 1 8 8 8 3 - - 2 0 0 2 参数类别污染物名称单位 标准值 备注 甲醛c h 2 0 m g m 0 1 0 l h 平均 苯c 6 h 6m u m o i l l h 平均 甲苯c 7 h 8 m g m 3 o 2 0 l h 平均 二甲苯c 8 h 1 0 m g m o 2 0 l h 平均 化学性指标 总挥发性有机物t v o c s m g m 3 0 6 08 h 平均 一氧化碳c o m g m l o 1 h 平均 二氧化氮n 0 2m 咖5 0 2 4 l h 平均 二氧化硫s 0 2 m g h 0 5 0 l h 平均 可吸入颗粒物p m l 0 m g m 3 o 1 5日平均 生物性指标细菌c f u m 2 5 0 0 根据仪器测定 放射性指标氡2 2 2 r n b q ，m 3 4 0 0 年平均 近年来，为了提高写字楼和住宅的室内环境质量，保护人们的身体健康，国家 质量监督局制定了一系列室内环境质量标准。如：g b t 1 6 1 2 7 - - 1 9 9 5 居室空气甲 醛的卫生标准、g b 厂r 1 6 1 4 6 1 9 9 5 住房内氡浓度控制标准、g b t 1 7 0 9 6 1 9 9 7 室内空气中氮氧化物工艺标准、g b 5 0 3 2 5 - - 2 0 0 1 民用建筑室内环境污染控制 规范规定要对氡，甲醛、氨、苯及挥发性有机化合物进行控制，建筑装饰修工程 应符合该规范的规定。2 0 0 1 年1 2 月2 9 日，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化 管理委员会联合发布了室内装饰装修材料有害物质限量l o 项强制性国家标准， 对人造板及其制品、内墙涂料、溶剂型木器材料、胶粘剂、地毯及地毯用胶粘剂、 壁纸、木家具、聚氯乙烯卷材地板、混凝土外加剂、建筑材料放射性核素等装饰材 料中的甲醛、苯，铅，汞等有害物质的含量做了严格明确的限制。2 0 0 3 年3 月1 日起 正式实施的，由国家质量监督检验检疫总局、国家环保总局、卫生部联合制定的 g b t 1 8 8 8 3 - - 2 0 0 2 室内空气质量标准规定对与消费者生活密切相关的室内装饰 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 装修材料的有害物质进行了科学、规范的限量。详见表1 4 。 1 4 2 国外室内空气污染物控制标准 表1 5i s i a q 室内材料释放限值【3 2 】 污染物名称 m 1 m 2 甲醛 o 0 5 m g m 2 h o 1 2 5 m g m 2 h t v o c 0 2 m g m 2 h 0 4 m g m 2 h 氨 o 0 3 m g m 2 h o 0 6 m g m 2 h l 类致癌物 o 0 0 5 m g m 2 h 0 0 0 5 m g m 2 h 气味 1 5 3 0 国际室内空气质量协会( i s i a q ) 将室内建筑装饰材料分为三类：m i 、m 2 和 m 3 类。m 1 类为污染物释放量最少的一类，而释放量超过m 2 类的，全部归为m 3 类。 1 5 本文选题背景和研究内容 随着人们对室内空气品质要求的逐渐提高，室内空气净化成为近年来一热门研 究课题。本文针对甲醛气体对室内空气污染的巨大危害，对其展开实验研究，为将 来控制室内空气污染物、实现多种污染物同时脱除的商业应用打下基础，主要由以 下几个方面的内容： 第一章介绍室内空气污染的背景，包括室内空气污染物的定义、分类、危害、 排放标准等。提出本文研究内容； 第二章分析室内空气净化的方法，得出本文所选用的电晕放电自由基簇射技术 的优势； 第三章对电晕放电自由基簇射过程中的自由基源物质进行量化计算，分析电晕 放电过程中自由基的生成机理，结合实验验证，进一步说明该技术对自由基解离的 有利性和对背景气体的控制作用； 第四章对甲醛进行降解实验研究，考察各种因素对污染物脱除过程和脱除效率 的影响，为下一步的甲醛降解机理研究提供了实验依据； 第五章利用气相色谱分析甲醛降解的无机产物，结合甲醛降解各化学反应过 程，进行甲醛降解机理研究，得出在甲醛降解过程中起主要作用的化学物质和反应 方程。 9 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 i o 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 2 0 2 l g o n z im i n d o o ra i rq u a l i t ya n dh e a l t h , a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t ，1 9 9 9 ，3 3 ( 2 4 2 5 ) ：4 0 8 卜4 0 8 6 r i c h a r dl c o r s i ，i n d o o r a i r q u a l i t y ：a t i m e f o rr e c o g n i t i o n ，e m f e a t u r e ，2 0 0 0 ：1 0 - 1 7 s o u r c e so f i n d o o ra i rp o l l u t i o n f o r m a l d e h y d e ，h r p ：hw w w e p a g o v i a q ) 7 f o r m a l d e h t m l 刘剑伟，魏先勋等室内空气污染分析及治理技术的研究，环境卫生工程，2 0 0 5 ，1 3 ( 2 ) ：7 - 9 s o u r c e so fi n d o o ra i rp o l l u t i o n - o r g a n i cg a s e s ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ) ， h t t p ：w w w e p a g o v i a q v o c h t m l s o u r c e s o f i n d o o r a i r p o l l u t i o n c a r b o n m o n o x i d e ( c o ) h t r p ：w w w e p a g o v i a q c o h t m l s o u r c e s o f i n d o o r a i r p o l l u t i o n n i t r o g e n d i o x i d e f n 0 9 ，h t t p ：w w w e p a g o v i a q n 0 2 h t m l s o u r c e s o f i n d o o r a i r p o l l u t i o n r e s p i r a b l e p a r t i c l e s ，h a p ：w w w e p a g o v i a q r p a r t h t m l s o u r c e so f i n d o o ra i rp o l l u t i o n b i o l o g i c a lp o l l u t a n t s ，h t t p ：w w w e p a g o v i a q b i o l o g i c h t m l ”i n d o o ra i rf a c t s n o 4 ( r e v i s e d ) ：s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e ( s b s ) ”，h t t p ：w w w e p a g o v i a q l j l u b s s b s h t m l 马良，邓九兰等室内氨气污染的净化试验研究中国环境监测，2 0 0 1 ，”( 4 ) ：6 3 6 5 朱天乐，郝吉明室内空气污染控制北京：化学工业出版杜，2 0 0 3 吴祖良，周永平等放电等离子体处理v ) c s 的研究电站系统工程，2 0 0 3 ，1 9 ( 4 ) ：7 - 1 2 jn a m i e s n i k , tg o r e c k ，bk o z d r o nz a b i e g a l a , i n d o o ra i rq u a l i t y ( i a q ) ，p u l l u t a n t st l l e i rs o u r c e s a n dc o n c e n t r a t i o nc e v e l s b u i l d i n ga n de n v i r o n m e n t ，1 9 9 2 ，2 7 ( 3 ) ：3 3 9 3 5 6 m i c h a e lh v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d sa n di n d o o ra i r ja l l e r g yc l i ni m m u n o l ，1 9 9 4 ， 9 4 ：2 9 6 - 3 0 3 ggp a n d i lpks r i v a s t a v a m o n i t o r i n go fi n d o o rv o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d sa n dp o l y c y c l i c a r o m a t i ch y d r o c a r b o na r i s i n gf r o mk e r o s e n e e o o k i n gf u e l t h es c i e n c eo f