空气净化功能瓷砖的VOC降解性能的一种快速检测方法*

许林峰

(清远市简一陶瓷有限公司 广东 清远 511500)

近几年来，功能瓷砖产品的宣传越来越多，各大瓷砖品牌都陆续推出了自己的净化功能瓷砖产品。简一陶瓷利用可见光活性光触媒，研制出可以降解甲醛的大理石瓷砖，从2018年12月实现稳定量产到现在，一直畅销。新明珠陶瓷也采用光触媒为功能原料生产降解甲醛功能瓷砖。以特地陶瓷、新中源陶瓷和东鹏陶瓷为代表的负离子瓷砖，在瓷砖釉层中加入负离子粉生产功能瓷砖，据说也有降解甲醛的功能。还有其他一些企业在瓷砖釉层中加入神奇粉、量子粉等各种功能粉体，都宣称可以净化空气。而暂时没有推出功能瓷砖产品的企业也在时刻关注或加紧研发。

这些形形色色的空气净化瓷砖产品的VOC降解效果怎么样呢？据笔者了解，他们都有做第三方检测，不过企业内部很少做功能效果的检测。很显然生产企业仅仅只做第三方检测是不够的。①原料和产品的检测频次太低，无法保证产品的整体质量；②检测的波动较大，检测次数太少很难准确反映材料和瓷砖产品的功能效果。据了解只有简一陶瓷有严格的、科学合理的检测标准。该公司每批光触媒原料的功能效果都要进行反复多次的抽检。每个班次下线的瓷砖产品，品管部门都要进行降解甲醛功能效果的抽检测试。

送第三方检测很难做到对原料和瓷砖产品进行高频次的准确检测，保证原材料和产品的质量。主要的原因有4个方面：

(1)送检周期长，一般从送样到检测结果出来大概需要一个月。

(2)检测费用高，不同的检测中心收费不同，一般一个数据收费为1 000～2 000元。

(3)不同检测中心的检测数据差异很大，比如“广东省微生物分析检测中心”检测的功能瓷砖的甲醛去除率数据远远大于“国家室内车内环境及环保产品质量监督检验中心”检测的数据。前者检测的甲醛去除率数据多数为80%～90%，而后者检测的数据不会超过40%。

(4)无法区分甲醛是被降解还是被吸附。因为无论是降解，还是吸附都可以引起空间甲醛浓度的下降。因此根据第三方检测报告，企业并不能宣称自己的产品具有降解甲醛的功能。

考虑到企业对功能性原料和瓷砖产品自检的需要，以及送第三方检测存在的局限性，制定出一套科学合理的，易操作的，每个企业可以自己独立完成的检测方法是非常重要的。这项工作对于瓷砖企业保证现有降解VOC功能产品的生产品质、研制更高效可靠的产品、以及该领域更加健康的发展都有重要的意义。

笔者主要是介绍一种装置简单、操作简便、检测周期短、检测成本低、重复性好的检测方法，包括检测装置、检测设备、检测步骤和规范，注意事项和故障排除，用于评价VOC降解功能瓷砖产品的降解性能。下面对这套检测方法进行详细的介绍。

1 检测原理

1.1 什么是VOC？

来自搜狗百科的介绍：世界卫生组织(WHO，1989)对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义为，熔点低于室温而沸点在50～260 ℃的挥发性有机化合物的总称。简单的讲VOC就是挥发性有机化合物。

1.2 VOC的降解反应式？

VOC属于有机物，那么在一定条件下，如高温、燃烧、光催化作用、强氧化剂作用等，会发生分解或氧化分解反应。分解的产物主要是二氧化碳和水，也可能产生其它的氮氧化物或硫氧化物等[1]。

1.3 如何检测VOC被降解？

根据上面的反应式，VOC 在一定条件下被降解，将产生二氧化碳。而采用精密的二氧化碳检测仪，可以在一个密闭的空间里，检测出二氧化碳浓度的变化。那么，如果二氧化碳的浓度有明显的升高，说明VOC已经被降解。如果二氧化碳的浓度基本没有变化，在正常范围内波动，那就说明VOC没有被降解或降解不明显。

1.4 为什么检测二氧化碳比直接检测VOC更合理？

原因有：①VOC会吸附于检测样品的表面，有的样品吸附能力还很强，导致VOC的直接检测变得复杂。很难判断VOC浓度的下降是降解引起的，还是吸附引起的。而二氧化碳的检测就排除了吸附的影响，因为只有VOC被降解才能引起二氧化碳浓度的上升；②VOC是统称，不同的物质需用不同的检测仪，导致检测变得复杂。而检测二氧化碳只需要一个二氧化碳检测仪就可以检测所有的VOC。

2 检测装置

图1为测试玻璃箱的结构尺寸图。图1设计的尺寸只是建议尺寸，实际尺寸可以根据需要进行修改。玻璃箱由2部分构成，箱体和盖子，均是玻璃材质。箱体的结构比较简单，用玻璃胶将玻璃片牢固粘结起来形成箱体结构，密封性一定要做好。玻璃盖的结构相对要复杂一点，如图1(2)所示，玻璃盖上钻有3个孔，两大一小。两个大孔用于灯头的安装，位于玻璃箱的两侧；中间的小孔用于在检测时将VOC注射到玻璃箱中，小孔用玻璃胶完全密封。

(1)箱体(6面)，材质为无极玻璃，玻璃胶选透明，涂胶方式由外向内；(2)玻璃厚度为10 mm；图中顶板大孔为直径36 mm，数量2个(安装E27螺口灯头)；图中顶板小孔为直径55 mm(中心位置)，数量1个。

图2为玻璃箱的实物图。

图2 玻璃箱的实物图Fig.2 Physical picture of the glass box

从图2可以看出，灯头嵌在玻璃盖的两个大孔正中，已用玻璃胶严格密封。中间的小孔也用玻璃胶塞住，避免漏气。最值得注意的是在玻璃盖和箱体的接触位置，需贴好密封条，使玻璃盖和箱体的结合性好，确保整个装置具有优良的气密性。

灯泡建议使用功率10～20 W左右的白炽灯，可以同时使用2只灯泡。不建议使用大功率的灯泡，因为功率太大将导致玻璃箱内温度上升过高，影响检测结果。

该装置既可以检测VOC降解引起的二氧化碳浓度的变化，也可以检测VOC本身浓度的变化。检测的方法类似，只是采用的检测设备不同，在后面的检测步骤叙述中会有说明。

3 检测设备

图3为TEL-7001D型二氧化碳检测仪(美国全进口，上海聚宏仪器设备有限公司)。甲醛检测仪的型号较多，可以由读者自行选择购买精度较高的检测仪。

图3 二氧化碳检测仪的实物图Fig.3 The physical picture of the carbon dioxide detector

4 检测步骤和规范

VOC降解产生二氧化碳浓度检测的步骤和规范如下：

(1)将待检瓷砖样品切成适合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱将瓷砖烘干、冷却。3片立于玻璃箱的侧面，留一侧面用于观察，一片铺在玻璃箱的底部。

(2)将二氧化碳检测仪放置于玻璃箱底部的瓷砖上，启动。

(3)将灯泡拧入玻璃盖上的螺纹灯头内，然后将玻璃盖与玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏气。非光催化功能瓷砖，可以不用灯泡。

(4)将甲醛或其它的VOC样品用注射器通过玻璃盖上的注射孔注入玻璃箱内，加入量一般0.5 mL。

(5)待二氧化碳检测仪的读数稳定之后，插上电源，点亮灯泡，开始记录数据。非光催化功能瓷砖的检测，也要待二氧化碳检测仪的读数稳定之后，才能开始记录数据。

(6)每10 min记录一次二氧化碳的浓度数据，至少检测120 min。

(7)如果结果存在异常，可以再重新检测一次。

甲醛去除率检测的步骤和规范如下：

(1)将待检瓷砖样品切成适合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱将瓷砖烘干、冷却。3片立于玻璃箱的侧面，留一侧面用于观察，一片铺在玻璃箱的底部。

(2)将甲醛检测仪放置于玻璃箱底部瓷砖上启动。

(3)将灯泡拧入玻璃盖上的螺纹灯头内，然后将玻璃盖与玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏气。非光催化功能瓷砖，可以不用灯泡。

(4)将甲醛气体样品用注射器通过玻璃盖上的注射孔注入玻璃箱内，加入量一般20～40 mL。

(5)插上电源，点亮灯泡。

(6)24 h后记录甲醛的浓度数据(可以根据需要自行设定检测时间)。

(7)如果结果存在异常，可以再重新检测一次。

(8)对空白瓷砖样品进行同样的处理和检测步骤。

(9)计算甲醛去除率。

对于功能性原材料的检测，可以将原材料浆料涂布到玻璃表面，烘干。然后按照上面的检测步骤进行检测，判断原材料的性能优劣。

5 注意事项和故障排除

为了保证检测的准确性，有些常遇到的细节问题需要注意：

(1)切割好的瓷砖样品不能直接用于检测，必须先清洁再烘干。

(2)玻璃箱必须清洁干净，保持干燥。

(3)检测时不要围观，影响二氧化碳检测仪工作。

(4)如果是检测甲醛的去除率，注意不能注入液体甲醛样品，会超出检测仪的量程，导致爆表。这时只能注入20～40 mL的气体样品。注射器插入甲醛瓶盖抽取甲醛气体，注意针尖不能伸入甲醛液体中。

(5)遇到检测仪的异常问题，可以将其置于通风的地方启动运行一段时间，再不行就得寄回厂家校正。

笔者介绍的检测方法适用于企业的快速自检，可以检测VOC的去除率，最重要的是可以通过对二氧化碳的检测判断VOC是被吸附还是被降解。同时通过二氧化碳浓度变化幅度的大小，估计原材料或瓷砖对VOC降解性能的优劣。目前，市场上售卖的功能性粉体有不少，质量良莠不齐。二氧化碳检测法可以帮助企业定性的判断这些材料是否真的能够降解VOC，以及降解性能的优劣。这套检测方法在简一陶瓷实际应用超过3年，主要用于原材料的筛选、来料检测和产品的下线检测。实践证明，这套检测方法具有很好的可靠性和实用性。