家庭自制防雾霾降甲醛纱窗的效果研究

2019-06-13张祎宁马绍帅王婧茹鲁韶芬

山东化工 2019年10期

张祎宁，马绍帅，王婧茹，鲁韶芬

(山东师范大学化学化工与材料科学学院，山东济南 250014)

随着生活质量和经济水平的提高，人们对居住环境安全健康的要求越来越高，造成室内空气污染的主要物质甲醛也因此受到人们广泛关注。装修时常用的人造板材中的甲醛系胶粘剂是甲醛释放的主要来源[1]，这是因为酚醛树脂、脲醛树脂等甲醛系胶粘剂的原料就是甲醛。在生产这类胶粘剂的过程中难免会残留一定的甲醛，同时胶粘剂也会通过水解反应释放甲醛[2]。如今国内许多城市的住房中空气甲醛含量超过了2002年颁布的《室内空气质量标准》中所规定的0.1mg/m3[3]。尤其是在冬季，天气较为寒冷，人们为了保暖会长时间地关闭门窗，于是这样室内的甲醛无法排出。据研究统计，甲醛的释放周期可长达十五年[4]，长期密闭的室内无异于“毒气室”，最后导致甲醛含量严重超标。国内外多种动物实验表明甲醛可以致癌[5]，国际癌症研究机构(IARC)已把甲醛列为第一类人类致癌物质[6]。甲醛对人体健康的危害极大，长期生活在甲醛超标的环境中容易胸闷、呼吸困难、恶心、易感冒，严重时会导致鼻咽癌、白血病等[4]。

雾霾天气作为一种大气污染状态，尤其是在最近几年里备受关注，其常常见于冬季。雾霾主要由灰尘、可吸入颗粒物及未知组分等复合组成的气溶胶污染与微小水滴组成[7]。据统计，空气质量为重度污染时粒径小于2.5μm的细颗粒物，即PM2.5，占可吸入颗粒物中的绝大部分，这表明PM2.5是导致严重雾霾的重要原因[8]。PM2.5还会损害人的身体健康，对人的呼吸系统、心血管系统甚至生殖系统都会造成影响[9]。

在生活中，人们在家中经常会打开窗户通风以除去异味及甲醛[10]等对人体有害的物质，但是在雾霾严重的天气下，开窗通风后却会有大量的PM2.5进入室内。面对这样的问题，人们联想到了通过过滤的方法让新鲜空气进入室内，而PM2.5被阻拦在滤网外。

德国Trittec AC公司[11]在2015年推出了5 plus dust evo(第五代微尘过滤窗纱)，这种窗纱可以过滤73.6%以上的微尘，防雾霾效果较好，使用寿命长，但其售价较高，每平方米的价格高达998元，因此在国内没有得到普及。

HEPA[12](高效空气过滤器)是一种多层净化技术。HEPA以细玻璃纤维为介质，空气可以从中穿过，小颗粒物则会被阻拦，从而达到防雾霾的效果。左井宇晨[13]等人在对HEPA滤网的性能的测试中，发现在使用新风系统的条件下，过滤后6h后室内空气的PM2.5浓度降低到滤前的四分之一。

为以较低成本解决广大家庭居室内甲醛和雾霾污染问题，本文拟用26元/的HEPA滤网自制防雾霾降甲醛纱窗，以阻隔室外的细颗粒物进入室内，使室内的甲醛分子通过空气流动向室外扩散。同时，在安装防雾霾降甲醛纱窗的情况下，通过测试在通风条件下室内空气的甲醛和PM2.5浓度的变化及与室外空气中甲醛和PM2.5浓度的对比以检测家庭自制防雾霾降甲醛纱窗的性能。

1 材料与仪器

LB-S06/LB-S08型甲醛检测仪(连云港岚宝电子科技有限公司)；HEPA滤网(森姆环保，0.7m×10m)；纱窗(透风面积120cm×75cm)；胶带(4cm宽)。

2 方法与结果

2.1 防雾霾降甲醛纱窗的制作与安装

图1 防雾霾降甲醛纱窗安装效果图

将HEPA滤网裁下0.7m×0.8m两段，用胶带将两段滤网固定在家用纱窗内侧，滤网和纱窗边框相接处与两段滤网相接处粘牢，保证纱窗所有网眼皆被滤网所覆盖。将自制好的防雾霾降甲醛纱窗安装在实验室的窗框上，安装方法与一般家用纱窗相同。

2.2 甲醛、PM2.5等浓度的测试

实验地点位于济南市历下区山东师范大学实验大楼里。实验室面积约为20m2，位于四层，主要窗户位于南侧。该实验室南面是一个空旷的足球场，没有建筑物和树木遮挡，南侧共有四个窗户，在其中一个窗户上安装防雾霾降甲醛纱窗，其余三个不做处理并且始终保持关闭。北面则是一条较为密闭的走廊，有一小窗与实验室相通，测试前已用HEPA滤网将小窗覆盖，与实验室外相通的缝隙全部用胶带封住。测试共进行两次，分别在2018年12月16日下午和12月21日晚。其中，16日当天气温8～-2℃，天气晴，中度污染，南风1～2级；21日当天气温10～2℃，天气多云，中度污染，北风1～2级。于测试前仔细打扫实验室，打扫后关闭室内所有门窗2小时，以达到密封的效果。2小时后，测试室外空气中甲醛和PM2.5的浓度，随后测量密封2小时下室内空气的数据，之后打开南北两侧窗户以解开密闭环境，使室外的空气只透过南北两侧的防雾霾降甲醛纱窗对流，其余门窗仍保持密闭状态。每5分钟记录一次数据，测试到开窗通风65分钟为止，共记录数据两组，每组15次。

2.3 实验结果

室内空气中甲醛和PM2.5浓度随时间变化的曲线如图2、图3所示。

图2 室内空气中甲醛和PM2.5浓度随时间变化的曲线

图2a反映的是12月16日下午的测试中甲醛浓度随时间变化的曲线。由图可见，未开窗通风前室内空气的甲醛浓度已达0.175mg/m3，通风开始后甲醛浓度不断下降。30min后呈线性快速下降，45min左右室内空气的甲醛浓度趋于平稳，达到0.002g/m3，与室外空气的甲醛浓度相等。图2b反映了21日晚的测试结果，也可以从中看出室内空气的甲醛浓度随通风时间的延长而降低，但是该日测试结果中室内空气的甲醛浓度降低的速率较16日低。经分析得，16日风向是南风，而21日风向是北风，主要进风口位于实验室南侧，这些原因导致了空气流动速率较低，所以21日室内空气的甲醛浓度降低的速率也随之降低。

图3 室内空气中甲醛和PM2.5浓度随时间变化的曲线

图3a反映的是16日下午的测试中PM2.5浓度随时间变化的曲线。由图可见，测试时室外空气的PM2.5浓度为129μg/m3，而室内空气的PM2.5浓度始终低于室外，且始终围绕着100μg/m3上下波动，在密闭条件下室内空气的PM2.5浓度也近似于此值。另外通过做趋势线可以看出，室内空气的PM2.5浓度随时间的延长有下降的趋势。图3b反映了21日晚的测试结果，可以看出在室外空气的PM2.5浓度为138μg/m3的情况下，开窗通风后室内空气的PM2.5浓度仍可以维持在97μg/m3左右的水平。