（环境工程专业论文）纳米、微胶囊相变功能性空气过滤材料的性能研究.pdf

摘要 摘要 室内空气污染严重地影响着人们的身体健康，消除室内空气污染，提高室内空气 品质的一个行之有效的方法就是对空气进行过滤。现在普通的空气过滤材料只能去除 尘埃，而不能去除v o c s ，烟气，杀死细菌，病毒等。针对普通的空气过滤材料的弱 点，我们开发研究了一种具有去除v o c s ，烟气，杀死细菌，病毒等功能的纳米微胶 囊相变功能性空气过滤材料。 本文开创性地把光催化技术和微胶囊相变材技术有机地结合起来，运用到空气 过滤材料，研发了纳米微胶囊相变功能性空气过滤材料，并对它和其它的功能性空气 过滤材料的后整理工艺，杀菌效果，调温功能，阻力和过滤效率进行了研究和实验。 根据a a t c c l 0 0 的标准，对功能性空气过滤材料的杀菌效果进行了实验。实验结 果表明：在这几种功能性空气过滤材料中，纳米微胶囊相变功能性空气过滤材料的杀 菌能力最强。利用i n t e l l i g e n th a n dt e s t e r 仪器研究了功能性空气过滤材料的调温 功能。 利用s e m 研究了功能性空气过滤材料的微观结构。本文结合织物透气仪原理和达 西原理，论述了织物透气仪在测量空气过滤材料阻力的可行性，并对各种功能性空气 过滤材料的阻力进行了测试，分析了它们阻力增大的原因。 文中介绍了a n s i a h a ma c 一1 1 9 8 8 标准及其原理，把a n s i a h a ma c 一卜1 9 8 8 标 准引入到空气过滤材料效率的测试领域中来。实验研究表明，与普通的空气过滤材料 相比，纳米微胶囊相变功能性空气过滤材料的除尘效果的有很大的提高。 关键词：纳米光催化、微胶囊相变材料、功能性空气过滤材料、过滤 效率、空气品质、抗菌 注：本课题为香港创新委员会和香港理工大学的资助项目，项目编号： p r o j e c tn o a 1 8 8 a b s t r a c t t h es t u d yo fn a n o m e t e ra n d f u n c t i o n a la i r m i c r o e n c a p s u l a t ep h a s ec h a n g e f i1 t e rm a t e r i a l s a b s t r a c t t h ea i rp o l l u t i o ni ss t r o n gh a r m f u lf o rt h ep e o p l e sh e a l t h i m p r o v i n g i n d o o ra i rq u a l i t y ，o n ee f f e c t i r ew a yi sf i l t e ra i r t r a d i t i o n a la i rf i l t e r s o n l yc a p t u r ed u s t ，b u tt h e r ea r en oe f f e c to nv o c s ，s m o k e ，b a c t e r i a ，v i r u s w e p a ya t t e n t i o nt or e s e a r c ht h em u t i f o u n t i o n a la i rf i l t e r st oe l i m i n a t et h ea i r p o l l u t i o nt oi m p r o v i n gi n d o o ra i rq u a l i t y t h i sr e s e a r c hi n t e g r a t e sp h o t o c a t a l y s i st e c h n o l o g ya n dm i c r o e n c a p s u l a t e p h a s ec h a n g em a t e r i a l st e c h n o l o g yi n t oa i rf i l t e r s n a n o p h a s ec h a n g e f u n c t i o n a la i rf i l t e r si sd e v e l o p e db yu s f i n i s h e dp r o c e s s ，a n t i b a c t e r i a l e f f e c t ，r e g u l a r i n gt e m p e r a t u r e ，r e s i s t a n c ea n da i r f i l t r a t i o ni s r e s e a r c h e d t h ea n t i b a c t e r i a lo fn a n o p h a s ec h a n g ef u n c t i o n a l a i rf i l t e r si s r e s e a r c h e du n d e ra a t c c l 0 0 s t a n d a r dc o n d u c t e d t h er e s u l ti n d i c a t et h a t n a n o p h a s ec h a n g ef u n c t i o n a la i rf i l t e r sa r em o s ta n t i b a c t e r i a le f f e c ta m o n g o ft h em u t i f o u n t i o n a la i rf i l t e r s t h er e g u l a t i n gt e m p e r a t u r eo fm u l t i f u n c t i o n a l a i rf i l t e r si st e s t e db yi n t e l l i g e n th a n dt e s t e r t h es t r u c t u r eo fm u l t i f u n c t i o n a la i rf i l t e r sa r eo b s e r v e db ys e m t h i s p a p e rd i s c u s s e st h ef e a s i b i l i t yo ft e s t i n gt h ep r e s s u r ed r o po fa i rf i l t e r s u s i n g a i r p e r m e a b i l i t y t e s t e r t h e r e s i s t a n c e o fa i rf i l t e ri s t e s t e d ，a n a l y s i s i n gt h er e a s o n so fi n c r e a s i n gr e s i s t a n c eo fa i rf i l t e r s t h ea n s i a h a ma c 一1 1 9 8 8s t a n d a r di si n t r o d u c e d t e s t i n gt h ea i re f f i c i e n c y o fm u l t i f u n c t i o n a la i rf i i t e rc o n d u c t e dt h es t a n d a r d c o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a la i rf i l t e r s ，m u l t i f u n c t i o n a la i rf i l e t sa r eh i g h e re f f i c i e n c y l i a n gc a i h a n g ( e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ) d r e c t e db yp r o fh u a n gx i a n g k e y w o r d s ：n a n o p h o t o c a t a l y s i s 、m i c r o e n c a p s u l a t i n gp h a s ec h a n g em a t e r i a l s 、 m u l t i f u n c t i o n a la i rf i l t e r s 、a i re f f i c i e n c y 、i n d o o ra i rq u a l i t y 、a n t i b a c t e r i a l a c k n o w l e d g e m e n t t h i s w o r kw a ss p o n s o r e db yf u n d si s s u e db yt h eh o n gk o n gi n n o v a t i o nc o u n c i l a n dt h eh o n gk o n gp o l y t e c h n i cu n i v e r s it y ( p p r o j e c tn o a 1 8 8 ) i i ! j ! ! ! 一 _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - ，_ _ _ _ _ - _ 一 1 1 课题的提出 1 绪论 2 0 世纪7 0 年代中期，能源危机的爆发，迫使世界各国认真重视节能技术的研究。 在发达国家，建筑能耗占总的能耗3 0 4 0 以上，因此各国非常重视建筑节能技 术的研究。在此期间，蒸发冷却技术，相变材料技术，冰蓄冷技术，变风量技术等等 建筑节能技术得到了迅猛的发展“1 。为了满足节能的要求，建筑物的密闭性大大加强 了，新风量也减少了，这使得室内的空气污染浓度大大提高了，恶化了室内空气品质 ( i n d o o ra i rq u a l i t y ) 。另一方面，有机合成材料在室内装饰及设备用具方面的广 泛应用，致使挥发性有机化合物( v i o l a t eo r g a n i z ec o m p o u n d s ，v o c s ) 气体大量 挥发，使室内的空气污染浓度加剧，更加严重恶化了室内的空气品质。空气污染浓度 的提高，使室内的空气品质恶化，导致了建筑相关疾病( b u i l d i n gr e l a t e d i l l n e s s ，b r i ) 和病态建筑综合症( s i c kb u i l d i n gs y n d r o m e ，s b s ) ”“”。病态建 筑综合症是因建筑物使用而产生的症状，包括眼睛发红、流鼻涕、嗓子疼、困倦、头 痛、恶心、头晕、皮肤搔瘁等。建筑相关疾病，它是可以经临床诊断确定到底是由于 哪种因素导致的疾病，例如某些真菌能导致过敏性局部肺炎。 影响室内空气品质的室内空气污染物大致可分为三类：一是可吸入颗粒物 r e s p i r a b l ep a r t i c u l a rm a t t e r ) ：粉尘、烟雾等：二是生物气溶胶( b i o a e r o s o l s ) ： 细菌、病毒、霉，原生物等；三是挥发性有机化合物( v o c s ) 。可吸入颗粒物( p a r t i c u l a r m a t t e rl e s s t h a nl oum ，p m i o ) ：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径1 0 微 米的颗粒物，会造成成呼吸道疾病、皮肤传染病。各类空气中的颗粒物来源广泛，扬 尘、细菌、毛发、头屑、壁虱、尘埃、烟雾及空气中的有害物质与可吸入颗粒物结合， 构成危害极大的过敏源“，。 生物气溶胶通常可以在室内和室外的环境中发现。室内细菌的浓度依赖与室外的 浓度，通风的类型和通风量，室内的湿度，室内的人们的活动。室内细菌的主要来源 是人体。生物气溶胶通常不会导致癌症，但会引起过敏反应或者感染。据估计美国有 1 5 的人受到空气中的过敏源的影响。 根据美国e p a ( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ) 的调查发现，室内的空气污 染物的浓度要比室外高，甚至可以达到1 0 0 倍。人的一生中，大约有8 0 的时间要 在室内度过，而过高的室内空气污染物的浓度极大逾影响着着人们的人体健康和工作 生活哪。根据w o o d s 调查发现，在美国大约有2 0 3 0 的办公楼内存在s b s 和b r i 的问题，大概有3 0 7 0 万人受到s b s 和b r i 的困扰m 。根据香港环保署的首份室内 1 绪论 空气质量调查表明：香港办公室和公共场所的室内空气质量不佳，造成医疗费、生产 力和机电费的损失，每年高达1 7 6 亿元叫。根据美国的另一项调查显示由于恶劣室内 环境质量而导致总经济成本的损失每年高达4 7 5 4 亿美元，当然还没有包括对建筑 材料及各种器材的损失”1 。 室内空气污染严重地影响着人们的身体健康，工作生活和经济的发展。近年来， 室内空气品质成为科学研究的一个热点。提高室内空气品质去除空气污染物的一个主 要的措施是使用空气过滤技术。普通的空气过滤材料只能去除空气中的颗粒物，不能 够去除空气中的细菌，病毒，霉菌和花粉等生物气溶胶，不能去除v o c s 。普通空气 过滤材料不能满足人们对室内空气品质的要求，开发一种在去除颗粒物的同时更能杀 死空气中的细菌，病毒和去除v o c s 等功能的功能性空气过滤材料，成为当前研究的 热点。 光催化净化技术是近年来兴起的一种高科技前沿净化技术“”o ”。半导体纳米粒 子在紫外线照射下，半导体纳米粒子能够发生电子跃迁，产生活泼的价带空穴和导带 电子，这种电子、空穴对和周围的水、氧气发生作用后，能产生有高氧化性能的自由 基，将空气中的甲醛、苯、氨等污染物直接分解成无害的无机小分子，如co ：， h ：o ，n 。等，能够将细菌、病毒等具有蛋白质结构的微生物杀死。并且将其分解成 无害的无机小分子，从而达到净化空气的目的。怎样增大纳米的表面积是当前的一个 难点。针对这个难题，香港理工大学李毅博士领导的科研小组研发了一种特殊的微胶 囊相变材料“”。这种微胶囊相变材料不仅可以有效地加强纳米的分散度和增加纳米的 表面积，还具有杀菌调温功能。李毅博士科研小组成功地将纳米光催化技术和微胶囊 相变技术有机结合，并应用于空气过滤材料，由此将普通的空气过滤材料开发成为一 种新型的纳米微胶囊相变功能性空气过滤材料。纳米微胶囊相变功能性空气过滤材料 不仅能够有效地去除颗粒物和有机挥发化合物，还能杀死细菌，病毒，霉菌以及调节 温度等，有效地提高了室内空气品质。 1 2 国内外的现状 美国的0 b e e 等人专门研究了使用纳米t i 0 ：材料光催化清除室内由建材、电器、家 具等散发出的有害气体的情况，探讨了空气湿度及有害气体初始浓度对氧化速率的影 响。得出了两个结论：( 1 ) 普通问题建筑中的甲醛体积分数为0 5 x 1 0 2 1 0 ，在 i 0 1 0 “以下通常的湿度范围( 1 5 6 0 ) 内，氧化速率与污染物浓度成正比；( 2 ) 氧 化速率与t i 0 , 对水蒸气及污染物吸收紧密性有关，还与氢氧根基团的作用机理有很大 的关系n 3 m “。 美国的一个公司推出了纳米银和纳米二氧化钛的空气洁净材料。该材料具有良好 的杀菌，杀病毒，除异味，防霉的功能，并且效力长达半年n 6 】。 2 1 绪论 德国开发的一种多层的拒水的聚合物空气过滤材料。该材料具有良好的拒水能 力，粘附在空气过滤材料上的细菌由于失去水分，没有营养物质，而导致了死亡“”。 日本的大金公司成功地把活性炭空气过滤材料和r i o , 材料结合起来，开发了一种 新型的空气过滤材料。这种空气过滤材料不仅能捕捉空气中的微粒。还能去掉空气中 的异味，杀死空气中的细菌。实验表明，经过6 小时后，大肠杆菌数由初始的1 9 0 ，0 0 0 减少到l o 个“”。 j o n gh ol e e ，m is o o kk a n g 等人研究了使用纳米t i o ：材料光催化的杀菌的性能。 实验研究表明，在紫外线的辐射照度2 4 w 抒下的情况下，照射6 0 分钟后杀菌率细菌 的存活率是0 4 “”。 香港中文大学利用t i 0 ：材料研制出空气过滤产品，应用在空气净化处理系统中。 该产品与比传统紫外线照射相比，具有更好的杀菌效果“”。 清华大学的张寅平，杨瑞等人研究了纳米t i o 。材料的紫外光强对氧化速率的影响 和温度对氧化速率的影响得出了：( 1 ) 当光强大于一个太阳常数( 1 3 5 3w m 2 ) 时。氧 化速率正比于光强的平方根：反之，氧化速率正比于光强；( 2 ) 在一般空调温度范围 ( 1 3 6 0 ) 内，甲苯与l ，3 丁二烯的氧化速率与温度呈同向变化关系，而甲醛则相 反。 华东理工大学采用浸涂法在复合载体上形成纳米二氧化钛光催化荆薄壳层，制备 出可用于室内空气净化的活性炭一纳米二氧化钛光催化净化网。以功率为6 w 、波长为 2 5 4 n m 的紫外杀菌灯照射3 4 , 时后，其甲苯净化率为9 8 8 ，三氯乙烯( t c e ) 净化率为 9 9 5 ，硫化氢净化率为9 9 6 ，氨气净化率为9 6 5 ，甲醛净化率为9 8 。5 ，一氧化碳净 化率为6 0 1 。通过对比试验还表明，所研制的复合型空气净化网具有单纯活性炭、单 纯光催化齐u t i o z 、活性炭与二氧化钛简单混合等净化网所不具备的综合优势，通过复 合提高了光催化效率，同时达到活性炭原位再生的目的。”。 西安工程科技学院黄翔，王进美，杨建忠等人采用涂层法对针刺毡空气过滤材料 进行处理，研发出具有拒水拒油，去除甲醛等有害气体的纳米光催化功能性空气过滤 材料。“。拒水拒油实验研究表明，纳米光催化功能性空气过滤材料的拒水拒油性能分 别达到6 级和4 级。纳米光催化功能性空气过滤材料去除甲醛的净化效率达到8 7 4 “”。 黄翔，杨建忠等人把活性炭纤维技术和微弱光源纳米光催化技术结合起来，开发一种 复合型功能性空气过滤材料阻1 。这个课题获得了国家自然科学基金委员会的资助( 项 目编号：5 0 3 4 3 0 2 0 ) 。 1 3 本课题研究的内容和方法 本课题为香港理工大学和西安工程科技学院联合研究的项目，在这个研究 中得到了香港创新委员会和香港理工大学的资助( p r o j e c tn o a 1 8 8 ) 。 i 绪论 本论文主要分成分成四方面的内容。第一方面内容包括：首先阐述了功能性空气 过滤材料的定义，简要地介绍了功能性空气过滤材料的抗菌( 病毒) ，清除有害气体， 拒水拒油，耐高温、超高温等功能，接着介绍了功能性空气过滤材料在室内空气净化， 废气粉尘中治理等领域的应用，然后介绍了常用的浸渍法、浸轧法、涂层法等三种功 能性空气过滤材料后整理方法，以及本课题所采用的整理方法。 第二方面内容主要简单地介绍了纳米材料的表面效应，体积效应等一些基本性 能，纳米材料光催化杀菌原理和在空气净化的作用，接着介绍微胶囊相变材料的调温 原理，微胶囊的制备方法，杀菌原理，最后分析了各种功能性空气过滤材料的杀菌效 果和调温效果。 第三方面内容首先描述了空气过滤的原理，接着对过滤实验的实验室进行具体的 介绍，然后描述了实验的步骤，最后分析了各功能性空气过滤材料的过滤性能，指出 各种功能性材料对功能性空气过滤材料的过滤性能的影响及其原因。 第四方面内容首先分析用电子显微镜照到的各种功能性性空气过滤材料的微观 结构的图片，然后简单介绍织物透气仪测定阻力的原理从理论上阐述了阻力的原理， 最后分析各种功能性空气过滤材料对阻力的影响，以及阻力变化的原因。 4 2 大气污染与室内空气品质 2 大气污染与室内空气品质 大气好像是地球厚厚的外衣，保护着地球的“体温”，使其变化不至过于剧烈。 人类生存离不开空气，发展工农业生产也离不开空气，燃料燃烧离不了空气。空气、 水和土壤是人类生存所不可缺少的三大自然环境要素，缺一不可。人们时刻都要呼吸 空气，一个成年人每天大约呼吸i o b l 2 m 3 约1 3 1 5 k g 空气。相当于一天食物量的1 0 倍，饮量水的5 6 倍。”，如图2 1 所示。然而，人们在利用大气环境资源的同时， 又不断地污染，破坏大气的环境。随着现代化技术的发展和经济的高速腾飞，大气的 环境受到了越来越严重的污染。人类正面l 临着环境污染和生态平衡被破坏的严峻的局 面，控制和改善大气污染，保持生态平衡迫在眉捷。 图2 1 人体每天摄入的空气重量与饮水量、食物量之比 2 1 大气污染 2 1 1 大气污染的定义 随着工业的发展和人e l 的膨胀，居住的集中，环境空气，特别是城市空气已经受 到了污染。大气污染( a i rp o l l u t i o n ) ，从广义上讲，空气中进入了异物，改变了其 原来的组成比例或成分，就可能造成大气污染。但是。通常讲的大气污染是狭义的， 是与人们的生产和生活密切相关的。所以，大气污染是指空气中进入了某些物质，其 数量、浓度和在空气中的滞留时间足以危害人们的舒适、健康，影响动植物生长，损 害人们的财产和器物。”a 虽然自然过程会引起大气污染，但人类活动是引起大气污染 的主要原因。人类活动包括生产和生活活动，如工农业生产、交通运输、炊事、取暖 等引起的大气污染。对大气污染的控制和改善，主要是围绕人类的活动进行的，也就 2 大气污染与室内空气品质 是人类的生产活动和生活活动中所产生的污染物的预防和治理，以达到改善大气的目 的。 2 1 2 大气污染的种类 大气污染的种类很多，根据污染源起因，主要分为两类，即天然污染物和人为污 染物，引起公害的往往是人为污染物，它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业； 根据其在存在的状态，可以概括为二大类：气溶胶状态污染物，气态状态污染物。 表2 1 气态状态大气污染物的种类 气溶胶是固态或液态微粒悬浮在气体介质中的分散体系。”。气溶胶状态污染物主 要有粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾等，其中粉尘按照颗粒的大小可分为可吸入尘，降尘 和总悬浮微粒( t o t a ls u s p e n dp a r t i c l e ) 。气态状态污染物主要有硫氧化物，碳氧 化合物，碳氢化合物，卤素化合物等，如表2 1 所示。 2 1 3 大气污染的危害 大气污染对气候的影响很大，大气污染排放的污染物对局部地区和全球气候都会 产生一定影响，尤其对全球气候的影响，从长远的观点看，这种影响将是很严重的。 大气对气候的影响主要是表现两个方面，引起温室效应和臭氧层破坏。 大气被污染后，由于污染物质的来源、性质和持续时间的不同，被污染地区的气 象条件、地理环境等因素的差别，以及人的年龄、健康状况的不同，对入体造成的危 害也不尽相同啪1 。大气污染能引发许多健康问题，从刺激眼睛和喉咙到婴儿先天缺陷， 从对脑和神经产生损伤到对肺的长期损伤。例如，臭氧会刺激呼吸系统，加重哮喘并 使肺部内表面发炎。大气中的有害物质主要通过下述三个途径侵入人体造成危害：( 1 ) 通过人的直接呼吸而进入人体：( 2 ) 附着在食物上或溶于水中，使之随饮食而侵入人 体；( 3 ) 通过接触或刺激皮肤而进入到人体。其中通过呼吸而侵入人体是主要的途径， 危害也最大。 6 2 大气污染与室内空气品质 2 2 室内空气品质 人们的一生中有8 0 的时间在室内度过的，室内空气的品质的好坏，关系到人 们的身心健康，生活和工作效率。 2 2 1 室内空气品质的定义 随着人们对室内空气的品质的认识的进一步发展，室内的空气品质的定义也在不 断的变化。最初。人们把室内空气品质几乎完全等价为一系列污染物浓度的指标。这 个定义没有考虑到人们的主观因素的影响，不能完全涵盖i a q 的内容。近年来，人们 对室内空气品质的定义进行了不断发展的发展。丹麦技术大学教授p 0 f a n g e r 在8 9 室内空气品质讨论会上，首先提出了以人们的主观感受去定义室内空气品质。品质反 映了满足人们要求的程度，如果人们对空气满意，就是高品质：反之，就是低品质啪3 。英 国的c i b s e ( c h a r t e r e di n s t i t u t eo fb u i l d i n gs e r v i c e se n g i n e e r s ) 认为：如果 室内少于5 0 的人能察觉到任何气味，少于2 0 的人感觉不舒服，少于1 0 的人感觉到 黏膜刺激，并且少于5 的人在不足2 的时间内感到烦躁，则可认为此时的室内空气品 质是可接受的。“。这两种定义的共同点是都将室内空气品质完全变成了人们的主观感 受。 1 9 8 9 年，a s h r a e 首次提出了可接受的室内空气品质( a c c e p t a b l ei n d o o ra i r o u a l i t y ) 和感受到的可接受的室内空气品质( a c c e p t a b l ep e r c e i v e di n d o o ra i r q u a l i t y ) 的概念”“。可接受的室内空气品质定义指空调房间中绝大多数入( 8 0 ) 没有对室内空气表示不满意，并且空气中没有已知的污染物达到了可能对人体健康产 生严重威胁的浓度。感受到的可接受的室内空气品质指空调房间中绝大多数人没有因 为气味或刺激性而表示不满。它是达到可接受的室内空气品质的必要而非充分条件。 由于有些气体，如氡、c o 等没有气味，对人也没有刺激作用，不会被人感受到，但却对 人危害很大，因而仅用感受到的室内空气品质是不够的，必须同时引入可接受的室内 空气品质。a s h r a e 标准6 2 2 - 2 0 0 3 中对i a q 的描述涵盖了客观指标和人的主观感受 两个方面的内容，相对于其它定义，它比较科学和全面。 2 2 2 室内空气污染源及其危害 污染物的分类的方法很多，按照它的物理特性分，可以分为质量和能量：按照污 染源分类，可以分为室外污染源，动物污染源，人体活动产生的污染源，燃烧设备的 污染源，办公设备的污染源，可以分为化学污染源、物理污染源、生物污染源等等。 下面是它的其中的一类分类方法： 第一类：微粒( 包括固态和液滴) p m l 0 、p i 【1 2 5 、烟草烟气( 固态、液滴、 7 2 大气污染与室内空气品质 气态或蒸汽) 石棉纤维、变应原( 花粉、真菌、霉、孢子) ，病原体( 细菌、病毒) 。 第二类：气态及汽态c o 、c o ：、s 0 2 、0 3 、h c h o 、v o c s 、n o 、n 0 。、氡等。 下面主要阐述以下各类污染物及其危害性。 ( 1 ) 石棉石棉一般来源于锅炉隔热材料，管道隔热材料、灭火剂、地板、天花 板中的石棉的物质。根据一份哈佛的报告，在具有各类型纤维为0 0 0 1 标准的建筑物 居住1 0 年，则每1 0 0 ，0 0 0 人中就有1 人死于石棉所致的间皮瘤和肺癌1 。 1 2 ) 微生物洗衣、做饭、放置家中的食品、草垫、家具、人类及宠物的代谢物， 特别是目前大量使用的建筑及装饰材料均可成为微生物理想的来源地：现代建筑中大 量使用风机盘管加新风系统也是引发微生物的一个重要因素。现代建筑物的隔热与封 闭性很强，如不正确换气则室内微生物就很难排放出去。累积到一定的浓度就会引起 疾病。由于大气环境的日益恶化，生活污水、乱扔的垃圾以及工厂排放的废弃物也能 产生出大量的微生物，并伴随通风与空调送风进入室内。如不采取有效措施，微生物 就会在室内大量繁殖，给我们的健康、生活和工作带来诸多问题。 微生物中的曲霉可以在家中各类食品中生长，使食品变质、腐败：也可以使草垫、 地毯霉烂；在布料、皮革上形成污迹；使木材变次，减少家具使用寿命。 微生物除了破坏家具食品外，还严重的威胁着人们的生命健康，甚至使人死亡。 2 0 0 3 年发生的s a r s 的病疫。使全世界的人们的生命受到严重的威胁，严重地影响了人 们的生活和经济的发展。s a r s 病毒在侵入机体后，进行复制，可引起机体的异常免疫 反应，由于机体免疫系统受破坏，导致患者的免疫缺陷。同时sars 病毒可以直接 损伤免疫系统特别是淋巴细胞。s a r s 病死率约在1 5 左右o “。微生物对人类引起的疾 病还包括过敏性反应，过敏性肺炎，湿热症。其中的过敏性反应，这是微生物对人类 所造成的最广泛的问题，几乎每个人都在不同的程度上有这种反应，而且这种反应又 是全身性的。与空气微生物污染有关的过敏症主要有：过敏性结膜炎、过敏性口腔炎、 过敏性鼻炎、过敏性咽( 喉) 炎和过敏性支气管炎等等。日本信息部在1 9 9 1 年对5 万 志愿者就过敏症进行过调查，其中有此类病症男性为3 3 4 ，女性为3 6 2 ，基本上每 三个人中就有一个人忠有此病症，可见发病率之高m 1 。过敏性肺炎，这也是以空气为 传播媒介的肺部疾病，其发病率为1 5 ，过敏性肺炎经常被误诊为肺炎。办公室内 过敏性肺炎通常是由空调系统( 特别是加湿系统) 被微生物感染所致。湿热症也是由 微生物引起的，目前对该病的发病原因尚不清楚，症状与过敏性肺炎相似，但又具有 高发病率与短发病期的特点，伴随的症状通常有发烧、头痛、浑身发冷等o ”。 ( 3 ) 燃烧产物在采暖和烹饪的过程中，如果使用煤、煤气或其它燃料，常会产 生c o 、n o , 、s 0 2 、c o 。、h c h o 、未完全氧化的烃类和微粒。汽车尾气也含有这些物质。 一般说来，煤的污染比液化气和煤气为重，尤以氧气供给不足时更为严重。此外，烹 饪产生的油烟危害也相当大。 2 大气污染与室内空气品质 表2 - - 2 人体在不同状态时呼出的二氧化碳的量啪 c 0 2 是各种燃料的终产物，也是人体新陈代谢的产物，可来源于室内或室外。当c 0 ： 浓度达到3 时，人的呼吸程度加深：达4 时，会出现头晕、头痛、耳鸣、眼花和血压升 高等症状：达8 l o 时。呼吸困难、脉搏加快、全身无力、肌肉抽搐甚至痉挛，神志由 兴奋至丧失：达3 0 时，c 0 2 会导致死亡。“。 表2 3 二氧化碳的允许浓度 c o t 允许的浓受 房间性瑷 1 m 2 g k g 人长期停留的地方 1 01 5 儿童和病人停留的地方 0 71 o 人周期停留的地方 1 2 51 7 5 人短期停留的地方 2 03 0 s 仉是含硫燃料燃烧过程的产物，可来源于室内或室外。当人吸入高浓度的s o 。时， 会引发急性支气管炎，甚至会发生喉头痉挛而窒息：长期吸入低浓度的s 0 2 会引起慢性 中毒，使嗅觉和味觉减退。 n o , 由各种燃料在高温燃烧过程中产生，可来源于室内或室外。n o x 易于侵入人的 呼吸道深部的细支气管及肺泡，对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，引起肺气肿。 ( 4 ) 环境烟草烟气( e t s ) e t s 是许多刺激性气体和致癌物质、焦油颗粒物的混 合物。烟草不完全燃烧会释放出许多有害物，如n o , 、s o , 、氨、乙烯树脂、氯化物、 氢氰化物、甲醛等等。一根香烟可释放出约3 8 0 0 种化学物质，其中对人体最有害的是 尼古丁、烟焦油、一氧化碳。尼古丁是一种剧毒物质，一支烟中的尼古丁的含量可以 致使一只白鼠死亡，2 5 支烟中的尼古丁含量可以致使一头牛死亡，4 0 6 0 毫克纯尼古 丁可以使一个人死亡呻1 。一氧化碳进入血液后，与m 液中的血红蛋白结合，形成碳氧 血红蛋白，使血红蛋白失去输送氧气的能力( 因为血红蛋白和一氧化碳的亲和力比氧 气的亲和力大2 4 倍，很容易把氧挤掉) ，使心肌缺氧。 ( 5 ) 氡氡是由镭衰交产生的自然界唯一的天然放射性情性气体，它没有颜色， 9 2 大气污染与室内空气品质 也没有任何气味。氡原子在空气中的衰变产物被称为氡予体，为金属粒子。 常温下氡子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气，容易溶于脂肪，可通过 呼吸过程中进入人体。氡对于人体的脂肪有着很高的亲和力，能在脂肪组织、神经系 统、网状内皮系统和血液中广泛分布，损伤细胞，并在局部区域不断累积而诱发肺癌。 世界卫生组织把它列为使人致癌的1 9 种物质之一，且被国际癌症机构列入室内主要致 癌物，是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素，世界上有1 5 的肺癌患者与氡有关。氡 不仅会增加患癌尤其是肺癌、败血症等疾病的可能，而且甚至会因为对人体细胞的机 质性损伤带来对子女甚至第三代的潜在伤害。根据美国环境保护组织( e p a ) 提供的 数据，在美国，由于氡污染每年致死2 1 0 0 0 人，超过了艾滋病死亡的人数“。 ( 6 ) 甲醛甲醛是一种挥发性有机化合物质，广泛应用于各种室内的装修材料中 几乎所有的人造板材如大芯板、榉木和曲柳等各种贴面板、各种胶合板、密度板，复 合地板，某些装饰布、装饰纸、涂料，都含有甲醛。许多新家具也也可能缓慢的释放 出甲醛。甲醛是种无色，但有刺激性气味的气体。它受温湿度影响很大，夏季高温 天气时甲醛释放量要比平常高出2 0 至3 0 “。 空气中的甲醛对人的皮肤、眼结膜、呼吸道黏膜等有刺激作用，可导致流泪、头 晕、头痛、乏力、视物模糊等症状，检查可见结膜、咽部明显充血，部分患者听诊呼 吸音粗糙或有干性罗音。甲醛也可经呼吸道吸收，甲醛在体内可转变为甲酸，有一定 的麻醉作用。 ( 7 ) 挥发性有机化合物( v o o s ) 挥发性有机化合物是从某些固体或液体以气体 的形式排放出来。在任何一种建筑物中，都可以找到几百种挥发性的有机物。含挥发 性有机化合物的产品很多，其中较常见的，释放( v o c s ) 的污染源有油墨，汽油，制 冷剂。化妆品，建筑材料等等。当居室中的v o c s 超过一定浓度时，在短时间内人们 会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力。如不及时离开现场，会感到以上症状加剧，严 重时会抽搐、昏迷，导致记忆力减退。v o c s 伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统 甚至会导致人体血液出问题，患上白血病等其他严重的疾病。由于室内存在着大量的 v o c s ，因此很难将健康与某一种或几种的v o c s 联系“”。 ( 8 ) 可吸入颗粒物空气动力学直径大于l o p m 的微粒，称为可吸入颗粒物 ( i n h a l a b l ep a r t i c l e s ) ，简称i p 或p m i o 。空气中的悬浮粒子被吸入后，一部分通 过呼气重新排出，另一部分沉附在气管和肺泡的壁上。决定沉附率的因素是粒子的大 小( 粒径) 、密度和形态等，与粒子的组成无关。空气动力学直径大于l o 姗的粒子基 本被阻挡于人的鼻子内，直径大于2 帅小于l o i t m 的粒子约有9 0 可进入并沉积在呼 吸道的各个部位，1 0 可以到达肺部，并沉积于肺中，直径小于2 岫的粒子1 0 0 可 以吸入肺部，其中0 3 到2 p m 的粒子几乎全部沉积于肺部而不能呼出；直径小于l p m 的亚微纳米粒子若表面多孔，还会吸附、解吸挥发性有机化合物及其它气体、异味， l o 2 大气污染与室内空气品质 成为其它污染物危害人体的帮凶“”。 2 3 室内空气品质的评价 室内空气品质评价是认识室内环境的一种科学方法，是随着人们对室内环境重要 性认识的不断加深所提出的新概念。它反映在某个具体的环境内，环境要素对人群的 工作、生活适宜程度，而不是简单的合格不合格的判断。我国专家根据国际的上方法 和结合我国的国情，总结出了一套适合我国国情的室内空气品质的评价方法。这一评 价程序主要有三条路径，即客观评价、主观评价和个人背景资料“”。 2 3 1 客观评价 第一条路径为客观评价，直接用室内污染物指标来评价室内空气品质的方法称为 客观评价。涉及到室内空气品质的低浓度污染物太多，不可能样样都测，需要选择具有 代表性的污染物作为评价指标，来全面、公正地反映室内空气品质的状况。确定1 2 项 室内空气品质的评价指标，他们是c o 。、c o 、p m i o 、h c h o 、n o 。、s o ：、菌落数、温度、 相对湿度、风速、噪声。 把这1 2 项评价指标整理、分析和归纳成指数值，表征环境质量现状。其中分指数 定义为污染物浓度日与标准上限值s 之比，s 的倒数看作其权重系数，形象地表示了 某个污染物浓度与其标准上限值间的距离。用算术平均数及综合指数作为主要评价指 数，算术叠加指数作辅助评价指数( 只有在同一次评价中，采用相同的评价指标时才使 用) 。现将评价指数介绍如下： 算术叠加指数p ：它表示各个分指数的叠加值。 ，1 p = _ 、l ( 2 - 1 ) j j 算术平均指数口：它代表各个分指数的算术平均值。 q 一1 n , 5 一- - - , c s t 。 ( 2 2 ) 综合指数，：它适当兼顾最高分指数和平均分指数。 ，= 叫要，蚤，剥c 寺争 ( 2 3 ) 以上各分指数可以较为全面地反映出室内的平均污染水平和各种污染物之间的 污染程度上的差异，并可据以确定室内空气中主要污染物。 2 大气污染与室内空气品质 2 3 2 主观评价 第二条路径为主观评价，即利用人自身的感觉器官进行描述和评判工作。主观评 价主要归纳为四个方面，人对环境的评价表现为在室者和来访者对室内空气接受率， 以及对不佳空气的感受程度：环境对人的影响表现为在室者出现的症状及其程度。这 种评价首先表达了室内人员对出现的症状种类的确认。 2 3 3 个人背景资料 在调查中，如果室内人员反映头痛，要排除因照明、噪声和操作电脑等引起的因 素，并得到本人的认可，才能确定是由室内空气品质所引起。这要引入第三条路径，即 个人背景资料。 最后综合主、客观评价，作出结论。 2 4 提高室内空气品质的方法 2 4 1 对新回风进行过滤处理 这是非常有效的提高空气品质的方法。随着工业化的发展，经济的腾飞，大气的 环境越来越受到污染，新风已经不“新”必须对新风预进行过滤。去除尘埃，有害气 体和微生物以免恶化室内空气品质“。 室内的装修，人类活动也使得室内的空气受 到严重的污染，因此对回风也必须进行过滤处理。在s a r s 发生期间，专家提出最有 效的方法就是，对空气进行过滤，保持室内空气畅通“”。利用光催化、驻极体等技术 开发的功能性空气过滤材料，可以达到有效地对空气进行过滤，去除尘埃，杀死细菌， 病毒，去除v o c s 等，从而提高了室内的空气品质，保证了人们的身体健康。 2 4 2 保障合理的气流组织 合理的气流组织即是合理地布置送、排风口，充分将新鲜空气送入工作区，减少 送风死角，以提高室内换气效果，充分稀释室内污染物浓度，从而提高空气品质。新 风口要靠近人的工作区，不要靠近室内污染源，避免新风受到污染。应在室内污染物 浓度高的地方设置排风口，新风口与排风口之间不要发生气流短路现象。 2 4 3 控制室内污染源 控制室内污染源应注重材料的选用，尽量选用环保的建材；同时减少吸烟和室内 燃烧过程，减少各种空气清新剂、化妆品的使用等。 2 大气污染与室内空气品质 2 4 4 制定和健全空调系统运行、维护和管理制度 定期组织有关技术人员对室内空气品质进行检测，及时地掌握室内有害物浓度现 状并与有关国家标准进行比较，并根据有害物浓度超标情况合理地组织和分配新风 量。要定期清除空调系统过滤器的积尘和盘管积垢，避免盘管、风道、消声器中滋生 微生物。要经常检查新风品质，防止新风污染。 ! 些丝丝至墨整婆盟塾量巨苎堡查鲨 一 3 功能性空气过滤材料与后整理方法 3 1 功能性空气过滤材料的定义 随着工业的迅速发展，人们的生活水平越来越高，但也带来了严重的大气污染和 室内空气品质下降的问题。人们在享受丰富的物质的生活的同时，人们的生活的水平 越来越高，但室外的大气污染越来越严重，室内空气的品质确越来越差。 功能性空气过滤材料是指具有某些特殊的、不同于一般的空气过滤材料所固有的 性能，能满足特定行业、领域对空气过滤材料特殊功能需求的滤料“”。功能性空气过 滤材料是针对特定行业如耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、抗菌( 病毒) 、 清除有害气体等而开发的空气过滤材料，是近年来兴起的空气过滤材料研究领域的一 个热点。 3 2 功能性空气过滤材料的性能 3 2 1 抗菌( 病毒) 功能 普通的空气过滤材料只有过滤的功能，而没有抗病毒功能。当细菌病毒的等量直 径很大时，在空气的过滤作用下，细菌病毒被拦截黏附在空气过滤材料的表面继续繁 殖下去。由于过滤器通常处在阴暗、潮湿、而且温度适宜的环境，因此细菌在过滤器 上面迅速繁殖。不断繁殖的病菌可发展遍布到整个过滤器上，破坏过滤器的结构，使 有害微生物在室内的空气中广泛传播，影响人们的健康，甚至造成交叉感染，加速非 典型性肺炎这样的传染病流行。 随着人们生活的水平的提高，空调已经成为人们生活中不可少的一部分。空调在 为人们提供舒适的温度的同时，也成为封闭的室内造成”室内感染”的诱因。空气中多 为抗逆性强的细菌，如一些革兰氏阳性细菌( 微球型属、八叠球菌属、细菌芽孢等) 和一些病原细菌( 结核杆菌、白喉杆菌、葡萄球菌等) ，对不良环境的抵抗能力较强， 能够在空气中存活较长的时间。当它们落到合适的基质上，在适宜的条件下就会大景 的生长繁殖。在密闭的环境中如何解决空气系统的感染问题已成为目前的研究的热点 之一。 具有抗菌( 病毒) 的功能性空气过滤材料不仅能杀死黏附在空气过滤材料的细菌， 而且能够杀死通过空气过滤器中的未被捕捉到的细菌病毒。 1 4 3 功能性空气过滤材料与后整理方法 3 2 2 清除有害气体 焚烧法被认为是较好的垃圾处理方法之一，垃圾焚烧的过程中会产生大量的浓烟 和有害气体。不同性质的垃圾，如生活垃圾、医疗垃圾、危险废弃物等，它们焚烧产 生的废气的性质区别也很大。但总体来说主要的污染物是氯的化台物、二氧化硫、一 氧化碳、氮氧化物、重金属、粉尘、二恶英等，其中二恶英是对人体十分有害的高毒 性物质，它在尾气中存在的形式既有气态的又有固态的。在滤料上添加催化剂，利用 催化剂的光催化作用将二恶英气体分解，从而达到消除有害气体的功能。 3 2