室內VOCs及其碳吸附凈化法-凈化工程
 
   隨著室內新型建筑裝飾材料和日用化學品的大量使用以及室外環境中VOCs濃度的不斷升高，使得室內VOCs的污染狀況日趨嚴重，由此導致室內空氣品質（IAQ）下降。本文介紹了室內空氣環境中VOCs的來源及其處理方法，并重點介紹了碳吸附凈化法的研究進展。

關鍵詞 揮發性有機化合物 碳吸附法 活性碳 活性碳纖維

1概述

日常生活中，絕大多數人70%以上的時間都是在居室和公共場所的室內度過的，因此，室內空氣品質（IAQ）與人體健康密切相關。隨著新型建筑裝飾材料和日用化學品的大量使用，導致許多化學物質不斷釋放到室內，由此導致 IAQ下降已成為*矚目的室內環境問題。發達國家從60年代就開始關注 IAQ問題，但早期研究以 SO2、NOX、CO、TSP等無機污染為主，近些年來，低濃度、高毒性的揮發性有機化合物（VOCs）在室內空氣中污染影響日趨嚴重，國內外的調查和研究表明，造成IAQ惡化的主要原因在于室內空氣中VOCs含量過高。[url=http://www.iwuchen.com/]潔凈室[/url]室內VOCs的含量過高將會對人體健康帶來十分不良的影響，醫學研究表明，VOCs會對人體的呼吸系統、心血管系統和神經系統產生明顯的不良影響，甚至還會致癌，VOCs是產生病態建筑物綜合癥 （SBS）的主要原因之一。在我國，由于新建建筑多，裝修量大，雖然制定了《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質*國家標準》（GB18582-2001），但全面執行還有相當困難，IAQ問題較發達國家嚴重得多。深入細致地開展室內空氣中VOCs的污染控制研究，對提高室內空氣質量具有十分緊迫和重要的意義。

2室內VOCs的來源及控制方法

2．1室內VOCs的來源

1989年WHO定義VOCs是一組沸點從 50℃ 至 260℃ 、室溫下飽和蒸氣壓超過133.322Pa的易揮發性化合物。其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類、低沸點的多環芳烴類等。室內VOCs的來源主要有兩個方面，一是由建材、家具以及裝修過程中使用的粘結劑、化學涂料等釋放；另一個來源是室外空氣中的VOCs進入室內。

據日本政府的一個調查小組經過檢測后宣布，日本大約有30%的住宅因為使用有害化學物質而引發“新居綜合癥”[1]，其調查內容是以甲醛、甲苯、二甲苯和乙苯等四種化學物質為對象，使用檢測儀器對4500戶住宅進行檢測，取得上述有害氣體在室內空氣中24小時的平均濃度，結果顯示：27.3 %的住宅中的甲醛值、12.3 %的住宅中甲苯值和0.13%的住宅中的二甲苯值都明顯超標。李延紅等[2]對新裝修的住宅進行了調查，結果顯示，竣工6個月內的住宅，有47.4%的居留者感覺有眼刺激癥狀，5.9%的居留者感覺有上呼吸道刺激癥狀；竣工6～12個月的住宅，統計數值分別為29.6%和4.0%，而對照組的統計數值僅為4.6%和0.6%。由此可見，在進行住宅裝修過程中使用的大量化學物質，散發的VOCs對室內IAQ有很大影響，并且影響時間很長。Huang等[3]建立了數學模型來模擬干燥的建筑材料中VOC的釋放率問題，模型考慮了材料內部的質量擴散過程和邊界層的對流與擴散過程，將模擬結果與實驗進行了比較，結果顯示，空氣流速對VOCs的釋放率有較大影響，隨著速度的增大，擴散率也顯著增大。

目前我國城市 室外大氣中的VOCs的濃度也很高，使得VOCs得以通過通風進入室內，導致IAQ下降。在市區，機動車尾氣成為室外zui主要的VOCs污染源，分析結果表明，其VOCs主要是單環芳烴和低碳數脂肪烴，如苯、甲苯、二甲苯和碳數為6～11的正烷烴、支鏈烷烴、環烷烴等，多環芳烴以菲和苯并芘為主。龔幸頤等[4]對北大校園區室內VOCs研究發現，室內總VOCs濃度中由室外汽車尾氣產生的以芳香烴和烷烴為主的VOCs占76%～92%，可見，[url=http://www.fenglinji.com/]風淋室[/url]受室外汽車尾氣污染明顯的室外空氣必然會通過通風換氣使室內VOCs濃度升高。王思躍等[5]報道北京大氣中苯、氯仿和苯乙烯等可致癌物在大氣中的含量已經遠遠超過美國和加拿大1989年*的長時間暴露癌變可能性zui高值，其中北京1995年大氣中苯日平均含量就已經高出美國*值的44%，1999年第1季度實測平均值已經超出美國1.5倍，1999年第1季度陰霧天氣下測定平均值，也比美國、加拿大1989年*的短時間暴露癌變可能性危險值高得多，其中氯甲烷比美國*值高5.2倍，比加拿大*值高45倍。苯乙烯為大氣中惡臭物質，并有較強的光化學活性，發達國家對此種物質在大氣中的含量限制在很低的水平，而北京大氣中苯乙烯的年平均體積分數在5×10 - 9以上，污染高峰時可達50×10 - 9。

2．2室內環境中VOCs的控制方法

列出了降低室內VOCs濃度、改善IAQ的途徑和方法。使用VOCs*的建材或裝修材料，采用源頭治理zui為理想，但近期難以實現。加大室內新風量雖然可以降低室內VOCs濃度，但空調或采暖能耗也將明顯增加，且有的地區部分時段室外大氣中的VOCs濃度也比較高，即使加大新風量，也難以改善室內空氣品質。因此在我國目前的情況下采用空氣凈化器消除室內VOCs是比較行之有效的方法。目前常規處理低濃度揮發性有機物的方法是半導體納米材料光催化分解法和活性碳吸附法。使用半導體納米光催化材料消除VOC是近年來興起的一項新技術，自1972年Fujishima和Honda[6]發現在受輻照的TiO2上可以持續發生水的氧化還原反應并產生氫以來，半導體光催化得到了進一步的研究。由于它具有能耗低、操作簡便、反應條件溫和、可減少二次污染以及能夠連續工作的優點，其應用日益受到人們的重視。但對于利用納米TiO2光催化分解VOCs這一應用前景的方法，由于其關鍵機理問題還沒完*，離市場化還有一定距離。活性碳吸附法則是一種傳統的處理VOCs的方法，其處理成本低，*，多年來一直得到廣泛的應用。

3碳吸附法凈化VOCs

碳吸附法是目前處理低濃度VOCs的有效方法之一。活性碳用于空氣凈化多年，它主要被加工成顆粒狀或粉末狀，以及用來去除空氣中的有機氣體和氣味。由于處理空氣通過活性碳吸附器時過大的阻力，目前粉末狀活性碳逐漸被活性碳纖維取代。

3．1活性碳吸附VOCs

活性碳是一種多孔介質，帶有不同種的孔結構，通常能夠由多種材料經碳化和活化制備，如泥煤、煤炭、堅果殼、褐煤、鋸末、合成聚合物等。

活性碳吸附VOCs的能力在很大程度上依賴其表面微孔。Chiang 等[7]研究了三種由不同原料制成的活性碳的孔結構及其在吸附VOCs時的依賴性，泥煤基活性碳的VOCs吸附量幾乎不依賴于溫度，通過對活性碳吸附*、三氯甲烷、苯、二氯甲烷的研究，發現由于高的吸附熱和吸附過程中的低的熵變，苯是zui易吸附的。陳秋燕等[8]研究了影響活性碳吸附苯系物的條件，用苯、甲苯、二甲苯作為VOCs的代表物，研究VOCs濃度、物化性質及氣流量對活性碳吸附的影響。

強化吸附過程的熱質傳遞是改善活性碳吸附VOCｓ性能的重要途徑。Chiang等[9]研究了苯和丁酮在七種不同的活性碳樣品上吸附的熱動力學參數，得到了苯和丁酮吸附熱、焓、自由能和熵，結果顯示，苯的吸附熱大于丁酮的吸附熱，苯更易吸附在活性碳上。Wang等[10]對活性碳吸附碳氫化合物時在多孔碳顆粒中發生的幾種不同的質量傳遞機理進行了研究。Do等[11]對活性碳吸附甲烷、乙烷、丙烷時的表面擴散率進行了研究。Fiani等[12]對活性碳吸附n-丁烷進行了研究，發現溫度和吸附質分壓力對吸附動力學和吸附容量有較大的影響，溫度在吸附過程中發生了強烈的變化，并建立了吸附過程動態模型描述了熱質傳遞現象。

3．2活性碳纖維吸附VOCs

活性碳纖維亦稱纖維狀活性炭，是一種性能優于活性炭的高效活性吸附材料和環保工程材料。與傳統的粒狀活性炭相比，具有吸附容量高，吸附、脫附速度快，低濃度下的吸附性能更突出等優點。更重要的是活性碳纖維可以加工成氈狀、毯狀，使其可以直接安裝于空調系統進行空氣凈化，同時空氣通過時流通阻力大大降低。說明吸附特性zui重要的參數是比表面積，比表面積越高，吸附能力越大，其中微孔起到很重要的作用。活性碳纖維有70%微孔（活性碳僅10%），比表面達 2000m2 /g（粉塵狀活性碳為1000 -1200 m2 /g）。它是由纖維狀前驅體，經一定的程序炭化活化而成。較發達的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，并具有耐酸堿耐腐蝕特性，使得其一問世就得到人們廣泛的關注和深入的研究。用作活性碳纖維前驅體的有機纖維主要有纖維素基，PAN基，酚醛基，瀝青基，*基，苯乙烯/烯烴共聚物和木質素纖維等。由于是纖維狀，它可加工成紙、毯、布等形狀，易于成型、不粉化，在振動條件下不會產生裝填松動或過分密實的情況。活性碳纖維超過50%的碳原子位于內外表面，構筑成*的吸附結構，被稱為表面性固體。它是一種典型的微孔炭（MPAC），孔隙直接開口于纖維表面，超微粒子以各種方式結合在一起，形成豐富的納米空間。

Navarri 等[13]對由聚合物原材料碳化和活化制成活性碳纖維吸附VOCs進行了研究，[url=http://www.songfengkou.com/]高效空氣過濾器[/url]以二甲苯、乙酸乙酯和全氯乙烯作為測試氣體，研究表明，活性碳纖維的比表面積強烈地影響二甲苯的吸附量，吸附量隨比表面積增加而增加，但乙酸乙酯的吸附量則與比表面積的變化沒有多大關系，此外被吸附氣體的物理化學性質對吸附也有很大影響，越易揮發的氣體，吸附容量越低。Fuertes等[14]研究了活性碳纖維吸附VOCs時吸附劑的比表面積、被吸附氣體類型、濃度和速度等過程變量對吸附性能的影響，結果顯示，在吸附n-丁烷時當吸附質濃度較高時，吸附量是吸附劑孔容積的函數，當吸附質濃度較低時，吸附量主要依賴于吸附劑的孔尺寸分布。另外，這種活性碳纖維在吸附不同的吸附質時，對高濃度吸附質，吸附量與吸附質的性質及孔容相關，對低濃度吸附質，吸附量能依據吸附質的摩爾等張比容值精確預測。

對活性碳纖維進行表面改性和修飾也能提高其吸附性能。Rong等[15] 采用空氣氧化方法對活性碳纖維孔表面的化學性質進行了修飾，結果顯示對活性碳纖維采用氧化處理后，在吸附甲醛時能顯著增加吸附容量和穿透時間。此外，活性碳纖維的制備條件對其微觀吸附特性也有較大影響，M.A.等[16]研究了利用不同前驅體材料制備了窄孔高孔容的活性碳的活化方法，用這種活化方法所制得的活性碳能高效去除VOCs。

4結論

隨著有機產品大量使用和室外環境中VOCs濃度的不斷升高，室內環境中的VOCs的污染越來越嚴重，控制VOCs污染，改善IAQ已成為當務之急。活性碳纖維以其對低濃度VOCs高凈化效率和顯著的節能優勢而成為改善IAQzui有前景的技術之一。加大對活性碳纖維材料空氣凈化器的研究力度，使其盡早市場化對于美化生活環境、保護人體健康具有十分緊迫和重要的意義。

參考鏈接：
手術室凈化工程：http://www.iwuchen.com/6/
潔凈室等級標準：http://www.iwuchen.com/news-2/
潔凈室檢測標準：http://www.iwuchen.com/news-3/
無塵廠房設計規范：http://www.iwuchen.com/news-4/
無塵車間管理制度：http://www.iwuchen.com/news-5/
潔凈室換氣次數標準：http://www.iwuchen.com/a-95/
潔凈室施工方案：http://www.iwuchen.com/modpic-11/