家居环境中挥发性有机污染物的研究论述

目 录1 绪论 .31.1 课题背景及其意义 .31.2 室内装修空气污染现状 .31.2.1 全球室内装修导致空气污染现状 .31.2.2 国内室内装修导致空气污染现状 .41.3 国内外对室内空气污染的研究现状 .51.3.1 国外对室内空气污染的研究现状 .51.3.2 国内对室内空气污染的研究现状 .62 室内空气中挥发性有机污染物概况 .72.1 挥发性有机化合物的分类和理化性质 .72.1.1 室内有机污染物的分类 .72.1.2 VOCs 的分类和理化性质 .72.2 VOCs 的来源 .82.2.1 室内空气中 VOCs 的主要来源 .82.2.2 室内空气中甲醛的主要来源 .92.2.3 室内空气中苯系物的主要来源 .102.3 挥发性有机化合物对人类健康的影响和危害 .112.3.1 VOCs 的毒性 .112.3.2 不良健康综合症（SBS） .122.3.3 对人类各系统、各器官的影响 .123 挥发性有机化合物的释放规律 .133.1 VOCs 的散发及扩散机理 .133.2 典型污染物 甲醛的释放规律 .133.2.1 温度对甲醛释放的影响 .143.2.2 湿度对甲醛释放的影响 .143.2.3 装载度对甲醛释放的影响 .143.2.4 通风量对甲醛释放的影响 .153.2.5 时间对甲醛释放的影响 .153.2.6 最佳环境条件的确定 .164 挥发性有机化合物的评价方法及检测方法 .174.1 总挥发性有机化合物（TVOC）卫生标准 .174.2 甲醛卫生标准 .174.3 常见检测方法 .184.3.1 分光光度法 .184.3.2 气相色谱法（GC） .184.3.3 荧光及其传感器法 .194.4 VOC 现场快速测定仪 .195 挥发性有机化合物的防控措施 .205.1 挥发性有机物处理方法 .205.2 活性碳吸附法 .205.2.1 吸附技术简介 .205.2.2 活性碳吸附法 .215.2.3 活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附 .215.3 光催化氧化法 .225.3.1 光催化氧化的简介 .225.3.2 TiO2 与光催化 .225.4 针对装修中常用的胶黏剂进行防控 .235.5 日常对装修污染的防治 .246 结论与展望 .24参考文献 .26致 谢 .29Catalogue1 Introduction .31.1 Topics background and significance .31.2 Air pollution in indoor decoration .31.2.1 Global interior design lead to air pollution .31.2.2 The domestic current situation of the indoor decoration cause air pollution .41.3 The current research status of both at home and abroad on indoor air pollution .51.3.1 The current research status of abroad on indoor air pollution.51.3.2 The current research status of domestic indoor air pollution .62 The general situation of volatile organic pollutants in indoor air .72.1 The classification of volatile organic compounds and the physical and chemical properties .72.1.1 Indoor the classification of organic pollutants .72.1.2 Classification of VOCs and the physical and chemical properties .72.2 The sources of VOCs.82.2.1 The main source of VOCs in indoor air .82.2.2 The main source of formaldehyde in indoor air.92.2.3 The main source of benzene series matter in indoor air.102.3 The influence of volatile organic compounds on human health and harm.112.3.1 Toxicity of VOCs.112.3.2 Adverse health syndrome (SBS) .122.3.3 The system, the influence of different organs in humans .123 The release of volatile organic compounds.133.1 Dissemination and diffusion mechanism of VOCs .133.2 Typical pollutants - formaldehyde release were studied .133.2.1 Temperature effects on formaldehyde emission .143.2.2 Humidity effects on formaldehyde emission .143.2.3 Degree of loading effects on formaldehyde emission.143.2.4 Ventilation rate effects on formaldehyde emission.153.2.5 Time effects on formaldehyde emission .153.2.6 The determination of the best environment.164 Volatile organic compounds of evaluation methods and testing methods .174.1 Total volatile organic compounds (TVOC) health standard.174.2 Health standard for formaldehyde .174.3 Common detection methods .184.3.1 Spectrophotometric method .184.3.2 Gas chromatography (GC) .184.3.3 Fluorescence method and the sensor.194.4 VOC rapid field tester.195 Volatile organic compounds in the prevention and control measures .205.1 Volatile organic compounds treatment method.205.2 Activated carbon adsorption .205.2.1 Adsorption technology introduction.205.2.2 Activated carbon adsorption.215.2.3 Adsorption of active carbon can be divided into physical adsorption and chemical adsorption.215.3 Photocatalytic oxidation process .225.3.1 Photocatalytic oxidation of introduction .225.3.2 TiO2 and photocatalytic .225.4 In view of the commonly used in decorating adhesive for prevention and control.235.5 Daily to decorate pollution prevention and control .246 Conclusion and prospect .24References .26Thanks .29家居环境中挥发性有机污染物的研究论述摘要：随着科技的日新月异，家居环境中挥发性有污染物已严重影响到人们的生命健康，如何更有效的进行控制和治理家居环境污染成了一个重要的社会课题。本文的研究思路为:分析国内外室内空气污染状况室内污染物的主要分类、来源及其危害室内典型污染物甲醛释放规律研究室内挥发性污染物的评价方法一室内挥发性污染物的检测方法挥发性污染物的防控措施对全文的总结展望。关键词： 污染物；甲醛；来源；防控措施；The research of volatile organic contaminants in the environment of home furnishingAbstract: with the progress of science and technology, volatile have pollution in household environment has seriously affected peoples life and health, how to more effective control and governance household environment pollution has become an important social issue.Research idea of this article is: the analysis of indoor air pollution at home and abroad - indoor pollutants mainly classification, source and harm of typical pollutants - indoor formaldehyde release law study - the evaluation method of indoor volatile pollutants - indoor volatile pollutants detection method - prevention and control measures of volatile pollutants - summary of full text of the outlook.Key words: pollutants；formaldehyde；sources；prevention and control measures ；1 绪论1.1 课题背景及其意义近年来，随着科技的日新月异和经济的蓬勃发展，在经历了 18 世纪工业革命带来的“煤烟型污染”和 19 世纪汽车石油革命带来的“光化学烟雾污染”之后，现代人正经历以“室内环境污染”为标志的第三污染时期。室内环境污染已经在国际上高居对公众健康危害的环境因素排名之首。对家居进行装修及装潢已经是不可避免的问题了，但是装修装饰材料、各类黏合剂、家具、电器等散发的挥发性的有毒有机化合物、防火剂、颗粒物、烟尘、放射性的元素氡等以及人们吸烟等燃烧产生了大量的污染物。其中对造成室内空气质量影响最为严重的是挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs） ，它们通常会以气态形式存在于建筑室内空气中，吸入过量的会对人体健康产生极大的危害。因此,家居环境中的 VOCs 已逐步引起人们的瞩目,其关注的程度也在日益增强。本文针对如今家居普遍装修及装饰各类应用材料中的 VOCs 的来源、毒性、释放规律、测定方法、防控措施等方面进行调查和总结，并针对其中的甲醛及苯类化合物进行重点的讨论。在人类当今生活状况下，受到污染最严重的空间已不再是室外，而是室内空间。随着人们对家居环境、身心健康要求的日益提高，室内污染物尤其是 VOCs 的研究显得尤为重要。通过本文的研究，使得这方面的研究更加系统化和深入化，这将为人们改善和提高家居环境空气质量提供理论基础，同时也为人类身体健康提供科学依据。1.2 室内装修空气污染现状1.2.1 全球室内装修导致空气污染现状室内空气污染物质包括颗粒物、气体和蒸气，它们由居民或由活动产生或由室外带入，取决于室内空间的固有属性。早在 60 年代世界上就已经出现了关于空气质量问题室内环境的相关报道。北欧、美国以及一些其他国家先后在建筑中大量使用含甲醛类污染物的材料，如用脲醛树脂和酚醛树脂作原料而制成的胶黏剂、人造板材等建筑装修材料，导致室内空气的污染状况不断加剧，同时也使社会关注度大大提高。根据当今世界卫生组织估计，至少有 10 亿人口居住在污染情况不一的室内环境中，欧盟执委会联合研究中心发布的一项最新研究报告显示,约有百分之二十多的欧盟民众因室内环境及空气中各类污染物质，已经染上哮喘病及其它过敏症。美国环境保护署（EPA）历时 5 年的专题调查结果显示，许多民用和商用建筑内的空气污染程度是室外空气污染数倍至数十倍，有的甚至超过 100 倍。研究表明，美国人 50%的疾病的产生与室内空气污染有关。室内污染源能够增加人体感染癌症的机率，据世界卫生组织调查，室内环境污染已引发全球性发病率和死亡率的升高。甲醛作为 VOCs 中的关键组成成分，对室内空气质量有着严重的影响。根据世界卫生组织提供的数据，在 5 个发达的欧洲国家，室内甲醛的平均浓度在 9-70ug/m3之间，而高浓度情况时有发生，尤其使用了脲醛泡沫制品的居家。在欠发达国家，高浓度情况更为严重，居室中的甲醛浓度甚至高于职业场所的浓度。由此可见对甲醛利用的控制与防治在全球都是刻不容缓的问题。1.2.2 国内室内装修导致空气污染现状近年来，随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高,人们对居室、办公室及营业场所各类环境的舒适美观度需求也在不断提高，室内装修已经极为普遍，各类新型装修装饰材料、新颖家具大量涌入家居环境，使室内污染物的来源、种类及数量越来越多，各种新型建筑材料、装饰材料造成的室内空气污染问题日益突出。同时,随着家用空调的使用普遍,人们开窗通风时间减少也成为污染严重的因素；现代建筑物设计密闭性越来越高,使得污染物在室内不断蓄积,越来越严重,对人们的健康构成巨大威胁。从国内外专家的调查研究中可以看出，甲醛作为住宅装修导致的典型有机污染物，在室内装修材料中存在极为广泛。从 2001-2004 年间，我国很多城市的相关部门先后对住宅室内甲醛污染的状况作了详细的检测分析 1，见表 1。表1 我国各城市室内甲醛污染检测结果Table 1 of the cities of indoor formaldehyde pollution detection results城市名称 北京 重庆 深圳 南京 青岛 银川检测机构室内环境检测中心市环境科学院市计量质量检测研究院市室内环境监测中心市产品质量监督检验所市环境监测中心站被测户数 近1000户 100多户 400多户 365户 85户 174户甲醛超标率60% 60% 90% 66.7% 70% 60%可见，在我国室内空气污染中甲醛的污染也同样十分严峻。由上表可以明显看出，我国各城市的甲醛检测污染结果相当之高，尤其是在深圳这种超前城市，400户居民中甲醛超标率竟达到了90%之高。购房热还在稳步发展，新住房的装修在装修过程中装潢材料的各类质量问题以及良莠不齐的装饰公司，以及住户对装修后室内污染的了解不够深入，缺乏相关防控措施，造成室内空气中甲醛的严重超标危及生命安全。1.3 国内外对室内空气污染的研究现状1.3.1 国外对室内空气污染的研究现状国外大规模的装修热是发生在 20 世纪 60 年代，对 VOCs 的试验研究已经形成了相对比较完善的体系。围绕室内空气质量的系统研究最初主要着眼于室内与室外空气质量的关系,以及室内空气污染物对人体健康的危害。80 年代开始,美国、日本、加拿大和欧洲各国的报纸杂志上频繁出现病态建筑物综合征(SBS),建筑相关疾病(BRI)和化学物质过敏症(MCS),室内空气质量问题越来越为公众所关注 2、3 。欧洲一些发达国家对建筑材料释放的挥发性有机物气体对室内空气的影响及对人体健康的危害程度进行了全面系统的研究 4。由于目前室内空气污染现象已经成为普遍问题，国外大多数研究部门都在努力研究净化技术，想要通过新科技改善室内空气污染。据研究显示，其他国家正大力投入资源制订标准，同时提供缓解措施和公众教育，最大程度上尽快达到改善室内空气质量的目标。美国、意大利、德国、加拿大、日本和澳大利亚等国家率先开始对室内一些无机污染物进行控制，但随着人们生活水平的日益改善提高，室内空气质量标准中又增加了甲醛等有机污染项。在最近 10 多年里，相关研究不仅制定标准检测出室内甲醛相关浓度的污染程度，而且还深入地剖析了室内甲醛污染的来源，提出了室内甲醛污染的控制措施。目前，经济强大、科技领先的欧美发达国家，亚洲的日本、韩国及我国台湾、香港等地区对室内甲醛污染都有一定程度深入的研究。1.3.2 国内对室内空气污染的研究现状由于经济、技术发展水平，我国对室内空气品质（IAQ）的研究起步较晚，室内空气污染问题及相关研究进展与经济发展水平息息相关。1988-1990 年，中国预防医学科学院的秦钰慧研究员领导了中国五城市室内空气污染与健康关系的调查研究 5，历时两年的研究，空气污染物包括 SO2、NO 2、CO 等等。在对各种装饰装修材料中 VOCs 释放机理所采用的模型试验研究中，国内清华大学成通宝教授在建筑材料挥发性有机物的散发模型研究中分析了室内 VOCs 散发模型存在的问题，建立了用于模拟分析建筑中无机污染物(IVOC)和挥发性有机污染物(VOCs)的通用 IAQ模型 6。对自然通风情况下和不同控制策略时室内污染进行了模拟分析。国内在 90 年代初期开始从事室内甲醛污染方面的研究。1993 年杨旭副主任医师在他的博士论文 7中系统运用小型环境测试舱对装饰材料污染进行甲醛检测研究，并引用国外先进的直线眼力拟度评定尺的评价方式对人体暴露在甲醛环境中的危害程度进行了主观评价，意义深远。最近几年来，室内环境甲醛污染的研究取得了巨大的成果, 更多专家开始着手研究室内甲醛污染的净化技术，也取得了极具价值的研究成果，但是对于控制装修导致甲醛污染的研究还存在一些空白之处。国内外对装修材料散发模型的试验和理论研究还大多限于实验环境之中，需要加大对实际建筑中各类房间 VOCs 散发机理的研究，理论模型还需不断地完善。2 室内空气中挥发性有机污染物概况2.1 挥发性有机化合物的分类和理化性质2.1.1 室内有机污染物的分类根据世界卫生组织（WHO）1989 年划分的所有室内有机污染物质分类，分类之间没有明显的界限，以沸点范围的不同可以分为四类。挥发性有机化合物是指在常压下，沸点范围在 50260之间的各种有机化合物 8，见表 2表 2 室内有机污染物物质的分类（WHO,1989）Table 2 Classification of substance indoor organic pollutants (WHO, 1989)描述 缩写 沸点范围， 蒸汽压极易挥发（气态的）有机化合物VVOC 0 到 50-100 10 -2kpa挥发性有机化合物 VOC 50-100 到 240-260 10 -2kpa半挥发性有机物（杀虫剂、多核芳香烃化合物、可塑剂）SVOC 240-260 到 380-400 10-2-10-8kpa粒状有机化合物或附着于粒状物上的有机化合物POM 380 2.1.2 VOCs 的分类和理化性质VOCs 是挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写，室内空气中 VOCs 种类繁多，根据 WHO 定义，挥发性有机化合物（VOC）是指在常温下，沸点 50260的各种有机化合物。VOC 按其化学结构，大致可分为九大类9,即:芳香烃、饱和脂肪烃、不饱和脂肪烃/环烷烃、萜烯类、脂肪醇类、醛/酮类、脂肪酸类、酯类和卤代烃类。目前已鉴定出的有 300 多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。甲醛也是挥发性有机化合物，但甲醛易溶于水，与其他挥发性有机化合物有所不同，室内来源广泛，释放浓度也高。因此，常把甲醛与其他挥发性有机化合物分别阐述。除甲醛以外，绝大多数挥发性有机化合物一般都不溶于水而易溶于有机溶剂。甲醛（HCHO）是无色、具有强烈气味的刺激性气体，比重为 1.06，略重于空气，沸点为-21、溶点为-92，易溶于水、醇和醚中，其 3540水溶液统称福尔马林。2.2 VOCs 的来源2.2.1 室内空气中 VOCs 的主要来源近年来,随着经济的发展和生活水平的不断提高,人们对于住房条件要求也逐渐提高。伴随着新型建筑装饰装修材料的大量引入，室内空气中挥发性有机污染物的来源不仅与室外环境的污染有关，还与良莠不齐的室内装饰材料和室内污染源的排放密切相关，挥发性有机化合物（VOCs）是在所有的非工业室内环境中普遍存在的空气污染物。所以,室内 VOCs 的污染呈现多元化、交叉化的特点。主要来源于三个方面：（1）室外污染源。如工业排放的废气、汽车尾气、光化学污染物、垃圾焚烧、植物等。（2）室内污染源。主要是以下三类 10：a室内装修装饰材料、家居用品以及其他日常用品；b人类自身以及日常生活活动所带来的污染源,比如:吸烟、烹饪、打印机的使用、涂改液、杀虫液等；c室外污染源,如工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等的扩散。（3）室内外兼有的污染源。如油漆、燃料燃烧等。表 3 几种典型材料及其释放的污染物Table 3 Some typical materials and pollutants released室内污染源 释放的污染物种类板材 醇类、烷烃、胺类、苯、甲醛、萜烯、甲苯地板及墙面涂层醋酸酯、醇类、烷烃、胺类、苯、甲醛、甲基苯乙烯、二甲苯地毯 醇类、甲醛、4-甲基乙基苯、4-苯基环己烯、苯乙烯涂料、着色剂醋酸酯、丙烯酸酯、醇类、烷烃、胺类、苯、甲醛、甲苯、萜二烯、聚氨酯粘合剂醇类、胺类、苯、癸烷、二甲苯、甲醛、甲苯、萜烯（粘合剂主要用于木工板及家具生产）防水堵漏剂 醇类、烷烃、胺类、苯、二乙苯、甲醛、二甲苯、甲基乙基酮电脑电视正丁醇、丁氧基乙醇、丁基-2-甲基丙基邻苯二甲酸、己内酰胺、甲酚、二异辛基邻苯二甲酸、12 甲基环状硅氧烷、2-乙氧基醋酸乙酯、乙醛、己二酸、3-亚甲基-戊酮、臭氧、酚、磷酸、甲苯、二甲苯复印、打印机乙醇、苯、丁基甲基丙稀酸脂、碳黑、环丙硅氧烷、乙苯、异丙醇、甲基丙烯酸甲酯、壬醛、臭氧、苯乙烯、萜烯、甲苯、二甲苯、三氯乙烷、三氯乙烯2.2.2 室内空气中甲醛的主要来源室内空气中甲醛的来源主要有以下三个方面 11：(l)来自建筑装饰、装修材料作为室内装饰的胶合板、细木工板、复合地板、中密度纤维板等人造板在生产时所使用的胶黏剂都是以甲醛为主要成分的脲醛树脂,板材中残留的和未参与反应的甲醛会逐渐向周围环境释放,是形成室内空气中甲醛的主要来源。室内空气甲醛主要来源于室内装饰材料、家具和涂料,尤以人造板为甚。甲醛释放一个途径是来源木材本身的释放；另一方面也是主要的来源是人造板中胶黏剂甲醛的释放。通过实习期间对布尔特布艺家具公司以及星达板式家具公司的实地调查，在家具生产过程中，胶黏剂的使用无处不在，如布艺家具海绵的粘结，实木家具的贴面。总结家具中甲醛的来源大约有五个方面，第一，家具本身为木质材料，木质中残留部分未进行反应的游离甲醛，即固化了的树脂，其因降解而产生了部分不稳定的甲醛；第二，板式家具的贴面材料（三聚氰胺浸渍纸等）复合时所产生的残留；第三，家具进行内部海绵粘结、各种贴面时用到的胶黏剂，都有甲醛；第四，家具漆面喷涂，各种漆中都含有大量的甲醛；第五，各式家具的填充料、覆盖物、附属物中都含有甲醛，如皮革、海绵垫等。(2)来自燃料和烟叶的不完全燃烧燃料的燃烧，如木、煤、煤油及液体石油，都能导致一定的甲醛和其它污染物产生 12。人们吸烟产生的烟雾中也会产生甲醛，我国烟草消费高居世界第一位,经常吸烟人口总数超过 3.2 亿人,吸烟人口总量占全世界的 1/313。甲醛是吸烟等氧化产物中的重要污染物之一。 (3)来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂和防腐剂等日用品日常使用的化妆品、清洁剂、杀虫剂、化纤纺织品、书籍、印刷油墨等日用品中有些也含有甲醛，尤其是广泛应用于医院、科学实验室,病理及解剖时作为消毒剂和防腐剂直接使用的福尔马林对空气污染尤为严重 14。2.2.3 室内空气中苯系物的主要来源现代家庭装演所使用的装饰涂料、油漆制家具、胶黏剂以及化妆品、清洁剂等是室内空气中苯系物的主要来源。从油漆、地板蜡、空气清新剂、壁纸胶、彩色涂料等 8 种室内常用化学品中的挥发性有机物成分分析中可知,苯系物是挥发性有机物的主要成分 15。2.3 挥发性有机化合物对人类健康的影响和危害2.3.1 VOCs 的毒性VOCs 是一类容易挥发、有刺激性气味或特殊气味的有毒气体，其中的一部分已被 WHO 认定为致癌物,如苯、氯乙烯等。其中个别有机化合物的毒性并不能代表VOCs 整体的危害，VOCs 覆盖范围广,并非是单一化合物。甲醛俗称福尔马林,是一种有毒物质,甲醛可以致癌,也可能导致胎儿畸形，对人体有极大的危害。它的释放期很长,要 315 年。如果装修和通风不当,居室内的甲醛浓度就可能比未装修的居室浓度高二十倍。苯系物(BTEX)为具有芳香气味的挥发性液体,几乎不溶于水,而溶于各种有机溶剂如乙醇、乙醚、汽油和丙酮等。苯及其同系物统称为芳香烃,在结构上具有苯环,有刺激性。苯系物的毒性见表 416表 4 苯及苯系物毒性Table 4 toxicity of benzene and its homologues化合物 分子量分子式毒性苯 78 C6H6人体致癌剂。主要是经呼吸道；急性毒性累及中枢神经系统，产生麻醉作用；慢性毒性主要影响造血机能及神经系统；对皮肤有刺激作用。甲苯 92 C7H8属低毒类。具麻醉作用，对皮肤黏膜有较大的刺激性，可经呼吸道及皮肤侵入机体。乙苯 106 C8H10属低毒类。能通过呼吸道、皮肤和消化道吸收；急性毒性主要是对眼和呼吸道的刺激作用，但对造血系统无毒。邻二甲苯106 C8H10间二甲苯106 C8H10属低毒类。主要是对中枢神经和植物神经系统的麻醉和刺