方 正，王佳黎，李 凱，張 雯，劉仁紅，余海洋

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

1 引 言

隨著生活水平的提高，人們的居住條件不斷得到改善，同時也帶來了因建筑、裝修材料和家具等所造成的室內環(huán)境污染問題，直接威脅著人們的身體健康。室內空氣污染治理日益得到人們的重視。近年來，國內研發(fā)和生產的凈化產品種類越來越多。但由于此類產品還沒有相關的檢測標準和凈化效果評價標準出臺，使得其性能無法得到認定，嚴重阻礙了凈化治理產品市場的健康發(fā)展，也給消費者選擇凈化產品帶來了極大的困難。

目前，國內外學者多采用靜態(tài)測試方法評價凈化產品對室內空氣污染物的降解效果[1-4]，但與在室內環(huán)境條件下實際使用情況不符，不能用于評價凈化產品在室內實際使用時的降解效果。因此，迫切需要研究一套科學合理的凈化產品凈化效果測試方法，為國家有關部門和單位制定統(tǒng)一的凈化產品檢測標準提供科學依據。該文采用氣候箱模擬室內環(huán)境條件，以苯、甲苯、二甲苯為目標污染物，對室內空氣污染物降解效果的動態(tài)測試方法進行了研究。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

動態(tài)測試法的建立是基于模擬室內環(huán)境條件，以固定速率釋放有害物質，在氣候箱內與凈化材料充分接觸，并以一定的空氣交換率進行新空氣置換，經過一定時間后，受有害物質、凈化材料、新空氣共同影響的箱內氣體濃度可達到動態(tài)平衡。方法概述如下：采用氣候箱模擬室內環(huán)境，使其達到一定的實驗條件（溫度、濕度、空氣流速和空氣交換率等）；按一定的流速通入有毒有害標準氣體，經過一段時間后，箱內氣體濃度即可達到動態(tài)平衡；放入凈化產品進行降解，經過一段時間后，箱內氣體濃度將達到新的動態(tài)平衡；由動態(tài)平衡氣體濃度和氣體流速可計算出凈化產品在該實驗條件下對有害氣體的降解率。

2.2 材料與試劑

空氣凈化裝置；苯、甲苯、二甲苯，均為分析純；苯、甲苯、二甲苯混合標準氣體，由中國測試技術研究院提供。

2.3 儀器設備

恒溫恒濕氣候箱：容積為1m3，箱體內表面為惰性材料，由恒溫箱體、溫濕度調節(jié)控制及監(jiān)控系統(tǒng)、流量調節(jié)控制裝置、空氣過濾器、空氣循環(huán)系統(tǒng)等部分組成；氣相色譜儀（Agilent 6890N）；Turbo Matrix TD熱脫附儀（Perkin Elmer Inc.USA）；QC-4大氣采樣器。

2.4 實驗方法

按照GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》[5]的要求，設置氣候箱內空氣溫度為23.0℃、相對濕度為50.0%。氣候箱內條件穩(wěn)定后，調節(jié)空氣交換率為200L/h，并向箱內發(fā)送目標污染物，待箱內氣體充分混合后開始采集。每天檢測2次，直到連續(xù)3次檢測數據達到穩(wěn)定，即為檢測終點，并以最后3次數據的平均值作為凈化前動態(tài)平衡濃度。保持條件不變，將空氣凈化裝置放入已達到平衡濃度的氣候箱內，采集方法同前，以最后3次穩(wěn)定檢測數據的平均值作為凈化后動態(tài)平衡濃度。

采樣方法依據GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》。苯、甲苯、二甲苯濃度檢測方法依據GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》中附錄C室內空氣中總揮發(fā)性有機物（TVOC）的檢測方法（熱解析/毛細管氣相色譜法）。

2.5 數據處理

氣候箱內氣體濃度（標準狀態(tài)下：101.3 kPa，273 K）推算：

式中：Cb——標準氣體濃度，mg/m3；

Ci——氣候箱內動態(tài)平衡濃度，mg/m3；

Qb——標準氣體流量，mL/min；

Qs——氣候箱內空氣交換率，mL/min。

3 結果與討論

3.1 污染物發(fā)生源的選擇

據文獻報道，在靜態(tài)測試凈化產品時，多采用有機溶劑自然揮發(fā)產生目標污染物[6]，也有研究者采用動態(tài)配氣系統(tǒng)發(fā)送甲醛氣體作為污染源[7]。因此，實驗分別對液體和氣體2種類型的污染物進行了考察，以選擇適合動態(tài)測試方法的污染物發(fā)生源。

分別按以下3種方式向氣候箱內發(fā)送污染物：（1）將盛有液態(tài)苯的表面皿放入氣候箱，自然揮發(fā)產生污染氣體；（2）將盛有液態(tài)苯的玻璃擴散瓶放入氣候箱，通過細針頭擴散出污染氣體；（3）直接通入苯標準氣體（濃度為468mg/m3），并以100mL/min的流速向氣候箱內釋放污染物。按實驗方法2.4進行測試，并記錄48h內氣候箱中苯的濃度，實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，用盛有液態(tài)苯的表面皿或擴散瓶揮發(fā)苯氣體的方法，在48 h內均無法達到動態(tài)平衡。而直接使用苯標準氣體的方法，在4h后趨于平衡，48h內已達到動態(tài)平衡。結果表明，液態(tài)溶劑作為污染物發(fā)生源，穩(wěn)定性較差，而使用氣體標準物質作為發(fā)生源，操作簡便易行，穩(wěn)定性較好，發(fā)送的目標物質濃度調節(jié)方便快捷。故實驗采用氣體標準物質作為氣候箱內的污染物發(fā)生源。

3.2 標準氣體濃度的選擇

根據GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》中有害污染物濃度限量值，并結合近年來我國室內空氣污染物的實際檢測情況[8]，確定以限量值的5倍，即苯 0.5 mg/m3、甲苯 1.0 mg/m3、二甲苯 1.0 mg/m3作為實驗研究的污染物濃度。按照實驗方法2.4，對苯、甲苯、二甲苯混合標準氣體的濃度及其釋放流量進行了考察。結果表明，當使用濃度分別為苯55mg/m3、甲苯110mg/m3、二甲苯110mg/m3的混合標準氣體，并控制流速為30mL/min時，氣候箱內目標氣體濃度最接近預期值。按照式（1）計算出氣候箱內氣體濃度的理論值，并將實測值與理論值進行比較，相對偏差分別為-6.1%、8.2%、-7.1%，結果見表1。

表1 標準氣體濃度的分析結果

3.3 穩(wěn)定性考察

3.3.1 凈化前氣體穩(wěn)定性考察

為了驗證該方法的穩(wěn)定性，首先對凈化前氣候箱內氣體濃度的穩(wěn)定性進行了考察。將混合標準氣體（濃度分別為苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110mg/m3）以30mL/min的流速通入氣候箱，按照實驗方法2.4采樣檢測。直到檢測數據達到穩(wěn)定，以最后一次的檢測結果為0 h氣體濃度，再每8 h檢測1次，共檢測6次，氣體濃度的檢測結果見表2。由表可知，苯、甲苯、二甲苯濃度6次測定值的相對標準偏差（RSD）均在10%以下。結果表明該方法采用的氣體污染源穩(wěn)定性良好。

表2 凈化前氣體穩(wěn)定性考察結果

3.3.2 凈化時氣體穩(wěn)定性考察

在3.3.1條件下，放入空氣凈化裝置，考察凈化裝置發(fā)生作用后氣候箱內氣體濃度的穩(wěn)定性。直到檢測數據達到穩(wěn)定，以最后一次的檢測結果為0 h氣體濃度，再每8 h檢測1次，共檢測6次，氣體濃度的檢測結果見表3。由表可知，各參數6次測定值的相對標準偏差均在10%以下。結果表明，該方法采用的氣體污染源在凈化裝置運行后穩(wěn)定性良好。

表3 凈化時氣體穩(wěn)定性考察結果

3.4 重復性考察

3.4.1 凈化前氣體重復性考察

按照上述實驗方法，以氣候箱中目標污染物濃度為指標，對凈化前氣候箱內氣體濃度進行了重復性考察。以30mL/min的流速向氣候箱內通入混合標準氣體（濃度分別為苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110 mg/m3），按照實驗方法2.4采樣檢測，直到檢測數據達到穩(wěn)定，以最后3次穩(wěn)定檢測數據的平均值為該次檢測的動態(tài)平衡濃度。每次重復實驗時，均將氣候箱內污染物排出并清洗干燥后，再開始該次實驗，共進行6次重復測試，結果見表4。由表可知，各參數6次測定值的相對標準偏差均在10%以下。結果表明，該方法采用的氣體污染源重復性良好。

3.4.2 凈化后氣體重復性考察

在3.4.1的條件下，放入空氣凈化裝置，考察了凈化后氣候箱內氣體濃度的重復性。每次重復實驗均在氣體污染物濃度達到穩(wěn)定值后進行，共得到6次測試數據，結果見表5。由表可知，各參數6次測定值的相對標準偏差均在10%以下。結果表明，該方法的氣體污染源在凈化產品運行后重復性良好。

表4 凈化前氣體重復性考察結果

表5 凈化后氣體重復性考察結果

4 結束語

該文建立的動態(tài)測試方法，能實現模擬室內溫度、濕度、空氣交換及有害物質釋放等環(huán)境條件，具有氣源濃度調節(jié)方便快捷的優(yōu)點，穩(wěn)定性和重復性均良好，可測試空氣污染物濃度為限量值5倍時凈化產品的降解作用。該方法可用于評價在模擬室內環(huán)境條件下凈化產品的凈化效果。

[1] Liu ZH Y，Xie Q，Fu H B，et al.Effect of embeddedsilica on microstructure and photocatalyticactivityof titania prepared by ultrasound-assisted hydrolysis[J].Applied Catalysis B：Environmental，2004，52（1）：33-40.

[2] Saadoun L，Ayllon J A.Synthesis and photocatalytic activity of mesoporous anatase prepared from tetrabutyl-ammonium-titania composites[J].Materials Research Bulletin，2000，35（2）：193-202.

[3] 吳健春，黃婉霞，石瑞成.摻雜納米TiO2光觸媒的甲醛降解研究[J].鋼鐵釩鈦，2008，29（4）：14-17.

[4] 唐玄樂，史力田，賈 莉，等.光觸媒降除空氣污染物效果評價[J].中國公共衛(wèi)生，2007，23（10）：1190-1191.

[5]GB/T 18883-2002，室內空氣質量標準[S].北京：中國標準出版社出版，2003.

[6] 徐 薇，徐江興，廖飛鳳.室內丙酮氣體的TiO2/UV光催化氧化[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2003，35（12）：1449-1451.

[7] 齊 虹，沈 晉，孫德智，等.二氧化鈦光催化氧化動態(tài)降解甲醛廢氣及動力學研究[J].太陽能學報，2007，28（9）：951-955.

[8] 方 正，余海洋，張 毅，等.2007年成都新裝修住宅空氣質量檢測結果分析[J].中國測試，2009，35（3）：81-83.