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(nèi)環(huán)境污染問題，直接威脅著人們的身體健康。室內(nèi)空氣污染治理日益得到人們的重視。近年來，國內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)的凈化產(chǎn)品種類越來越多。但由于此類產(chǎn)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(chǎn)品市場的健康發(fā)展，也給消費者選擇凈化產(chǎn)品帶來了極大的困難。

目前，國內(nèi)外學者多采用靜態(tài)測試方法評價凈化產(chǎn)品對室內(nèi)空氣污染物的降解效果[1-4]，但與在室內(nèi)環(huán)境條件下實際使用情況不符，不能用于評價凈化產(chǎn)品在室內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)品檢測標準提供科學依據(jù)。該文采用氣候箱模擬室內(nèi)環(huán)境條件，以苯、甲苯、二甲苯為目標污染物，對室內(nèi)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(nèi)環(huán)境條件，以固定速率釋放有害物質(zhì)，在氣候箱內(nèi)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(jīng)過一定時間后，受有害物質(zhì)、凈化材料、新空氣共同影響的箱內(nèi)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(nèi)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(jīng)過一段時間后，箱內(nèi)氣體濃度即可達到動態(tài)平衡；放入凈化產(chǎn)品進行降解，經(jīng)過一段時間后，箱內(nèi)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(chǎn)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(nèi)表面為惰性材料，由恒溫箱體、溫濕度調(diào)節(jié)控制及監(jiān)控系統(tǒng)、流量調(diào)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(nèi)空氣質(zhì)量標準》[5]的要求，設置氣候箱內(nèi)空氣溫度為23.0℃、相對濕度為50.0%。氣候箱內(nèi)條件穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)空氣交換率為200L/h，并向箱內(nèi)發(fā)送目標污染物，待箱內(nèi)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(shù)據(jù)達到穩(wěn)定，即為檢測終點，并以最后3次數(shù)據(jù)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(nèi)，采集方法同前，以最后3次穩(wěn)定檢測數(shù)據(jù)的平均值作為凈化后動態(tài)平衡濃度。

采樣方法依據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》。苯、甲苯、二甲苯濃度檢測方法依據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中附錄C室內(nèi)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(shù)據(jù)處理

氣候箱內(nèi)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(nèi)動態(tài)平衡濃度，mg/m3；

Qb——標準氣體流量，mL/min；

Qs——氣候箱內(nèi)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(jù)文獻報道，在靜態(tài)測試凈化產(chǎn)品時，多采用有機溶劑自然揮發(fā)產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)釋放污染物。按實驗方法2.4進行測試，并記錄48h內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhì)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(zhì)濃度調(diào)節(jié)方便快捷。故實驗采用氣體標準物質(zhì)作為氣候箱內(nèi)的污染物發(fā)生源。

3.2 標準氣體濃度的選擇

根據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中有害污染物濃度限量值，并結合近年來我國室內(nèi)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(nèi)目標氣體濃度最接近預期值。按照式（1）計算出氣候箱內(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)氣體濃度的穩(wěn)定性。直到檢測數(shù)據(jù)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(shù)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(nèi)氣體濃度進行了重復性考察。以30mL/min的流速向氣候箱內(nèi)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(shù)據(jù)達到穩(wěn)定，以最后3次穩(wěn)定檢測數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)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(nèi)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(shù)據(jù)，結果見表5。由表可知，各參數(shù)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(chǎn)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(xiàn)模擬室內(nèi)溫度、濕度、空氣交換及有害物質(zhì)釋放等環(huán)境條件，具有氣源濃度調(diào)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(chǎn)品的降解作用。該方法可用于評價在模擬室內(nèi)環(huán)境條件下凈化產(chǎn)品的凈化效果。

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