室内空气污染物降解效果的动态测试方法研究

方 正，王佳黎，李 凯，张 雯，刘仁红，余海洋

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

1 引 言

随着生活水平的提高，人们的居住条件不断得到改善，同时也带来了因建筑、装修材料和家具等所造成的室内环境污染问题，直接威胁着人们的身体健康。室内空气污染治理日益得到人们的重视。近年来，国内研发和生产的净化产品种类越来越多。但由于此类产品还没有相关的检测标准和净化效果评价标准出台，使得其性能无法得到认定，严重阻碍了净化治理产品市场的健康发展，也给消费者选择净化产品带来了极大的困难。

目前，国内外学者多采用静态测试方法评价净化产品对室内空气污染物的降解效果[1-4]，但与在室内环境条件下实际使用情况不符，不能用于评价净化产品在室内实际使用时的降解效果。因此，迫切需要研究一套科学合理的净化产品净化效果测试方法，为国家有关部门和单位制定统一的净化产品检测标准提供科学依据。该文采用气候箱模拟室内环境条件，以苯、甲苯、二甲苯为目标污染物，对室内空气污染物降解效果的动态测试方法进行了研究。

2 实验部分

2.1 实验原理

动态测试法的建立是基于模拟室内环境条件，以固定速率释放有害物质，在气候箱内与净化材料充分接触，并以一定的空气交换率进行新空气置换，经过一定时间后，受有害物质、净化材料、新空气共同影响的箱内气体浓度可达到动态平衡。方法概述如下：采用气候箱模拟室内环境，使其达到一定的实验条件（温度、湿度、空气流速和空气交换率等）；按一定的流速通入有毒有害标准气体，经过一段时间后，箱内气体浓度即可达到动态平衡；放入净化产品进行降解，经过一段时间后，箱内气体浓度将达到新的动态平衡；由动态平衡气体浓度和气体流速可计算出净化产品在该实验条件下对有害气体的降解率。

2.2 材料与试剂

空气净化装置；苯、甲苯、二甲苯，均为分析纯；苯、甲苯、二甲苯混合标准气体，由中国测试技术研究院提供。

2.3 仪器设备

恒温恒湿气候箱：容积为1m3，箱体内表面为惰性材料，由恒温箱体、温湿度调节控制及监控系统、流量调节控制装置、空气过滤器、空气循环系统等部分组成；气相色谱仪（Agilent 6890N）；Turbo Matrix TD热脱附仪（Perkin Elmer Inc.USA）；QC-4大气采样器。

2.4 实验方法

按照GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》[5]的要求，设置气候箱内空气温度为23.0℃、相对湿度为50.0%。气候箱内条件稳定后，调节空气交换率为200L/h，并向箱内发送目标污染物，待箱内气体充分混合后开始采集。每天检测2次，直到连续3次检测数据达到稳定，即为检测终点，并以最后3次数据的平均值作为净化前动态平衡浓度。保持条件不变，将空气净化装置放入已达到平衡浓度的气候箱内，采集方法同前，以最后3次稳定检测数据的平均值作为净化后动态平衡浓度。

采样方法依据GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》。苯、甲苯、二甲苯浓度检测方法依据GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》中附录C室内空气中总挥发性有机物（TVOC）的检测方法（热解析/毛细管气相色谱法）。

2.5 数据处理

气候箱内气体浓度（标准状态下：101.3 kPa，273 K）推算：

式中：Cb——标准气体浓度，mg/m3；

Ci——气候箱内动态平衡浓度，mg/m3；

Qb——标准气体流量，mL/min；

Qs——气候箱内空气交换率，mL/min。

3 结果与讨论

3.1 污染物发生源的选择

据文献报道，在静态测试净化产品时，多采用有机溶剂自然挥发产生目标污染物[6]，也有研究者采用动态配气系统发送甲醛气体作为污染源[7]。因此，实验分别对液体和气体2种类型的污染物进行了考察，以选择适合动态测试方法的污染物发生源。

分别按以下3种方式向气候箱内发送污染物：（1）将盛有液态苯的表面皿放入气候箱，自然挥发产生污染气体；（2）将盛有液态苯的玻璃扩散瓶放入气候箱，通过细针头扩散出污染气体；（3）直接通入苯标准气体（浓度为468mg/m3），并以100mL/min的流速向气候箱内释放污染物。按实验方法2.4进行测试，并记录48h内气候箱中苯的浓度，实验结果如图1所示。

由图1可知，用盛有液态苯的表面皿或扩散瓶挥发苯气体的方法，在48 h内均无法达到动态平衡。而直接使用苯标准气体的方法，在4h后趋于平衡，48h内已达到动态平衡。结果表明，液态溶剂作为污染物发生源，稳定性较差，而使用气体标准物质作为发生源，操作简便易行，稳定性较好，发送的目标物质浓度调节方便快捷。故实验采用气体标准物质作为气候箱内的污染物发生源。

3.2 标准气体浓度的选择

根据GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》中有害污染物浓度限量值，并结合近年来我国室内空气污染物的实际检测情况[8]，确定以限量值的5倍，即苯 0.5 mg/m3、甲苯 1.0 mg/m3、二甲苯 1.0 mg/m3作为实验研究的污染物浓度。按照实验方法2.4，对苯、甲苯、二甲苯混合标准气体的浓度及其释放流量进行了考察。结果表明，当使用浓度分别为苯55mg/m3、甲苯110mg/m3、二甲苯110mg/m3的混合标准气体，并控制流速为30mL/min时，气候箱内目标气体浓度最接近预期值。按照式（1）计算出气候箱内气体浓度的理论值，并将实测值与理论值进行比较，相对偏差分别为-6.1%、8.2%、-7.1%，结果见表1。

表1 标准气体浓度的分析结果

3.3 稳定性考察

3.3.1 净化前气体稳定性考察

为了验证该方法的稳定性，首先对净化前气候箱内气体浓度的稳定性进行了考察。将混合标准气体（浓度分别为苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110mg/m3）以30mL/min的流速通入气候箱，按照实验方法2.4采样检测。直到检测数据达到稳定，以最后一次的检测结果为0 h气体浓度，再每8 h检测1次，共检测6次，气体浓度的检测结果见表2。由表可知，苯、甲苯、二甲苯浓度6次测定值的相对标准偏差（RSD）均在10%以下。结果表明该方法采用的气体污染源稳定性良好。

表2 净化前气体稳定性考察结果

3.3.2 净化时气体稳定性考察

在3.3.1条件下，放入空气净化装置，考察净化装置发生作用后气候箱内气体浓度的稳定性。直到检测数据达到稳定，以最后一次的检测结果为0 h气体浓度，再每8 h检测1次，共检测6次，气体浓度的检测结果见表3。由表可知，各参数6次测定值的相对标准偏差均在10%以下。结果表明，该方法采用的气体污染源在净化装置运行后稳定性良好。

表3 净化时气体稳定性考察结果

3.4 重复性考察

3.4.1 净化前气体重复性考察

按照上述实验方法，以气候箱中目标污染物浓度为指标，对净化前气候箱内气体浓度进行了重复性考察。以30mL/min的流速向气候箱内通入混合标准气体（浓度分别为苯55 mg/m3、甲苯110 mg/m3、二甲苯110 mg/m3），按照实验方法2.4采样检测，直到检测数据达到稳定，以最后3次稳定检测数据的平均值为该次检测的动态平衡浓度。每次重复实验时，均将气候箱内污染物排出并清洗干燥后，再开始该次实验，共进行6次重复测试，结果见表4。由表可知，各参数6次测定值的相对标准偏差均在10%以下。结果表明，该方法采用的气体污染源重复性良好。

3.4.2 净化后气体重复性考察

在3.4.1的条件下，放入空气净化装置，考察了净化后气候箱内气体浓度的重复性。每次重复实验均在气体污染物浓度达到稳定值后进行，共得到6次测试数据，结果见表5。由表可知，各参数6次测定值的相对标准偏差均在10%以下。结果表明，该方法的气体污染源在净化产品运行后重复性良好。

表4 净化前气体重复性考察结果

表5 净化后气体重复性考察结果

4 结束语

该文建立的动态测试方法，能实现模拟室内温度、湿度、空气交换及有害物质释放等环境条件，具有气源浓度调节方便快捷的优点，稳定性和重复性均良好，可测试空气污染物浓度为限量值5倍时净化产品的降解作用。该方法可用于评价在模拟室内环境条件下净化产品的净化效果。

[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] 吴健春，黄婉霞，石瑞成.掺杂纳米TiO2光触媒的甲醛降解研究[J].钢铁钒钛，2008，29（4）：14-17.

[4] 唐玄乐，史力田，贾 莉，等.光触媒降除空气污染物效果评价[J].中国公共卫生，2007，23（10）：1190-1191.

[5]GB/T 18883-2002，室内空气质量标准[S].北京：中国标准出版社出版，2003.

[6] 徐 薇，徐江兴，廖飞凤.室内丙酮气体的TiO2/UV光催化氧化[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35（12）：1449-1451.

[7] 齐 虹，沈 晋，孙德智，等.二氧化钛光催化氧化动态降解甲醛废气及动力学研究[J].太阳能学报，2007，28（9）：951-955.

[8] 方 正，余海洋，张 毅，等.2007年成都新装修住宅空气质量检测结果分析[J].中国测试，2009，35（3）：81-83.