被动模式下空气净化材料去除室内甲醛外文翻译资料

 2022-01-06 09:01

被动模式下空气净化材料去除室内甲醛

Yoshika Sekinea,*, Atsushi Nishimurab

ordf;Department of Chemistry, Faculty of Science, Tokai University, 1117 Hiratsuka, Kanagawa 259-1292, Japan

bNew Business Development Department, Hitachi Chemical Co. Ltd., 48 Wadai, Tsukuba 300-4247,Japan

Received 19 April 2000; received in revised form 20 August 2000; accepted 28 September 2000

摘要

我们研制了一种由活性炭颗粒和锰氧化物组成的板状空气净化材料，使HCHO气体即使在室温下也能分解成二氧化碳。在本研究中，我们使用动力学方法研究了被动模式下空气净化板的去除效率。将板料换气速率对应的一阶去除率常数k表征为施加板料面积与空间体积之比S/V的函数，并且发现与S / V成正比，在25℃时斜率为25。我们在一个具有恒定气体产生的全尺寸实验室中对该板性能进行评估。该板抑制了室内HCHO浓度的增加，时间历程符合理论曲线。并于1998年5月至1999年1月在日本多户新建的住宅中进行了空气净化板的现场试验。该板不仅连续7个多月将室内HCHO浓度从0.21降低到0.04 ppm，而且还增加了公寓建筑材料中HCHO气体的损失。Elsevier Science Ltd. 保留所有权利。

关键词：甲醛；室内空气质量；锰；空气交换率

1.介绍

甲醛(HCHO)仍然是日本密闭房屋中主要的室内空气污染物(Matsumura 和 Ando, 1995)。它一直是影响许多居民健康的主题，这些问题包括对眼睛和呼吸道的刺激、恶心、头痛、疲劳、麻木和口渴(US EPA，1991)。室内空气中HCHO的主要排放源是胶合板、刨花板和墙纸粘合剂，这些材料主要用于建筑和家具。

许多关于使用吸附剂去除HCHO的研究，已经在实验室和现场进行了（Eriksson等，1980；Arthur D Little Inc.，1981；Takano等，1981；Gesser） ，1984；

* Corresponding author. Tel.: 81-463-58-1211 (ext 3744);

fax: 81-463-50-2094.

E-mail address: sekine@keyaki.cc.u-tokai.ac.jp (Y. Sekine).

Gesser和Fu，1990; Parmar和Grosjean，1991年; Ghosh等，1996）。

Eriksson 等(1980)尝试使用高锰酸钾、活性炭和氧化铝氧化物、活性炭和氧化铝粉，以及浸渍了尿素和硫酸铵的陶瓷材料，从测试室内和室内去除气态HCHO。虽然高锰酸钾和陶瓷材料是去除HCHO最有效的材料，但由于与其他空气污染物的非特异性反应，它们在现场研究中的能力显著降低。Arthur D. Little 等(1981)在一个有活跃气流的移动房屋中测试了高锰酸钾的过滤床。HCHO浓度在几小时内从1.3-1.8 ppm降至0.2-0.3 ppm，但在1-5天后恢复到初始水平。Gesser (1984)发表了聚合物胺和聚乙烯联氨的方法，当喷到玻璃炉纤维过滤器上时，HCHO的含量可以从0.16 ppm降低到0.01 ppm。然而，该过滤器的有效性仅仅只有2周。

1352-2310/01/$- see front matter copy; 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

PII: S 1 3 5 2 - 2 3 1 0 ( 0 0 ) 0 0 4 6 5 - 9

我们发现一些过渡金属氧化物在室温下可以与其他气体在大气条件下发生反应。这些金属氧化物、锰氧化物与HCHO反应活性较高，主要产物为二氧化碳。在金属氧化物颗粒上添加多孔吸附剂可提高HCHO的去除率。这些发展产生了板状去除材料，其主要成分是活性炭颗粒和锰氧化物(Sekine，1998)。

本研究采用动力学方法研究了被动模式下空气净化板的去除效率。研究在一个具有恒定气体产生的全尺寸实验室中对该板性能进行评估，并在日本多户新建的住宅中进行了空气净化板的现场试验。

.实验

    1. 空气净化板

活性炭颗粒的混合物(lt; 300micro;m)和氧化锰的混合物(lt; 10micro;m, 77 wt %，以MnO2计)与树脂粘结剂混合，置于透气性较好的薄玻璃纤维布(0.5mtimes;0.5 m)上，将若干块布压实，得到厚度为2mm的板状材料。为了保护它的表面，板上覆盖了透气性纸张，如图1所示。此板由日本日立化工有限公司提供。将木板切成合适的尺寸，用于实验。

    1. 动力学研究

我们用一个小实验室(411)研究了板的伪去除率常数。腔室采用丙烯酸树脂制成，室内墙面采用SUS304不锈钢胶带粘接(Japan Green Cross，Inc.)。该板被放置在室的中心，并且从气体发生系统不断地引入ppm水平的HCHO气体(Sekine 等， 1998)。气体发生装置的原理图如图2所示。新鲜空气由隔膜泵引入，隔膜泵与校准过的流量计相连接，通过干燥剂柱进行干燥。气体发生器是一个装有进、出口喷嘴的玻璃瓶。将稀释的福尔马林溶液作为HCHO的产生源，置于25℃的培养箱中。干燥和预热的空气通过福尔马林溶液表面，以恒定的流速和浓度将HCHO气体引入燃烧室。空气流量F控制在0.03-0.06 m3h-1。利用恒定速率连续运转的风扇将室内的空气充分混合。

图1 多层结构的空气净化板

一级去除率常数k计算公式：

(1)

其中Cin——入口HCHO浓度(ppm)；

F——气流流速(m3h-1)；

V——室容积(V=0.041m3)；

Cs，Cb——有和没有板的出口HCHO浓度(ppm)。

    1. 全尺寸实验室评估

我们在一个独立的预制房屋中进行板的全尺寸评估。实验室尺寸约为4.49 m(长)times;2.1 m(宽)times;2.14m(高)。室内的胶合板墙体材料被SUS304级不锈钢板取代，以消除HCHO的排放源，并尽量减少室内材料表面产生的气体的吸附。两个小风扇以恒定的速度连续运转，彻底混合了实验室里的空气。利用CO2示踪气体衰减法测得的空气交换率为每小时0.2m3(h-1)。当使用2.2节中描述的气体发生器在实验室中不断生成HCHO气体时，通过监测有和没有空气净化板的室内HCHO浓度的变化来评估去除效率。

图2 HCHO气体发生器的示意图

气体排放速率M (mg·h-1)计算公式：

(2)

其中：Cg——燃气发生器出口生成的HCHO的实测浓度(mg·m-3)；

F——控制气流速度(m3·h-1)。。

2.4 现场评估

我们对某郊区新建多户住宅进行了空气净化板的效果试验。实地测试从一九九八年五月进行至一九九九年一月。我们选用的公寓是典型的家庭住宅，一共230m3容积，有两间卧室，日式房间，客厅，餐厅，厨房和浴室。我们使用了三套公寓，分别设置：(A) 9.8m3空气净化板(暴露面积19.6m2)；(B) 5m2木板(暴露面积10m2)的；(C)无板。对客厅、厨房、日式房间和卧室的室内HCHO浓度进行了7个月的监测(住宅为6个月(B))。每月至少抽取一次上午10时至11时的HCHO样本。试验开始时，CO2示踪气体衰减法测定的每个家庭空气交换率为0.15m3·h-1。在实地测试期间，所有的房子都没有被占用，内部门一直开着。图3为房屋(A)和(B)的房间布局和板子的排列情况。家家户户都装了空调，以防止这几个月有露水凝结。这些空调让室内空气循环，通过柔性管道将冷凝水排出房屋。由于冷凝水可以吸收HCHO，空调有可能降低室内HCHO浓度。

在室内（A），测试1个月后，将空气净化板暂时移出房屋，并监测HCHO浓度在28 h内的变化, 测试28 h后，恢复空气净化板，继续长期测试。在长期试验(7个月)结束时，将空气净化板从室内移出后再次进行28小时监测(A)。

2.5 HCHO浓度测量

将空气通过2.4 -二硝基肼(DNPH)包覆硅胶管(Waters等)，以1.5 L·min-1的流速，持续15分钟收集HCHO。通过反相高效液相色谱(HPLC)测定乙腈中洗脱的DNPH-HCHO衍生物。该高效液相色谱系统由日立L-6200型智能泵和日立L-3000型光电二极管阵列检测器组成。以下共同条件被用于测定一氧化碳DNPH衍生物：液相色谱柱，4.6mmtimes;15cm，5micro;m，型号 Inertsil ods - 180A(GL Sciences等)；洗脱液，混合比例蒸馏水：乙腈=45：55，流速0.5 ml·min-1;检测条件，355 nm。以稀释的T011 / IP-6A醛/酮-DNPH混合物(Supelco 等)为分析标准。对标准品，样品和空白进行重复注射。

.结果和讨论

室内空气质量取决于室内污染源、室外浓度和室内外通风速度。当存在HCHO等室内空气污染源时，随着换风量的增加，室内浓度降低。

图4显示了一阶去除速率常数k与布置的空气净化板面积与空间体积的比值S/V之间的关系。去

图3 房屋（A）和（B）中的空气净化板的房间布局和布置

图4 去除率常数k与电路板面积和空间体积之比S / V之间的关系（Cin=1ppm，25℃）

除率常数与空气交换速率成正比，与S/V成正比，在25℃时斜率为25，相对湿度为60-76%。去除率常数计算公式：

(3)

在0.8-4ppm范围内，去除率常数不依赖于进口浓度Cin。然而，温度T (K)对板的性能有显著影响。阿伦尼乌斯方程表示为：

(4)

其中：k1——S / V=1时的速率常数；

湿度也对电路板的性能造成了影响。

我们通过实验获得了k1和相对湿度RH(%)之间的关系，在21℃时，表达式如下：

(5)

本实验采用固体对甲醛代替福尔马林溶液作为HCHO源。

假设方程式(3)-(5)在实际环境中是有效的，我们可以估计出空气净化板布置对室内空气质量的影响。然后我们可以进行全尺寸的评估。

在简单的质量平衡模型中，室内HCHO浓度C表示为式(6)，假设

图5 全尺寸实验室中含有0.5 m2空气净化板（●）和不含（○）情况下室内HCHO浓度变化

(M=4.5 mg· h-1，23℃)

室外浓度可忽略：

(6)

其中：t——时间(h)；

N——换气速率(h-1)。

图5显示了在全尺寸实验室中，在气体排放速率为4.5 mg·h-1的情况下，有无0.5 m2空气净化板的室内HCHO浓度的变化。室内温度23℃，相对湿度约为50%。该空气净化板抑制了室内HCHO浓度的增加，由式(3)-(5)代入式(6)粗略估计得，时间过程符合k=0.7的理论曲线。这意味着我们可以通过类比空间体积的排列板面积来估计速率常数。

在新建的多户住宅中，对被动板的性能进行了现场测试。图6显示了室内(A)-(C)HCHO浓度和室温的变化。图内浓度是四个不同房间的浓度平均值，误差条显示标准差。

每个房子的室内浓度都有所下降。然而，由于室内HCHO浓度随室温变化显著，这一趋势并不明显。为了使浓度下降更明显，我们尝试用以前的工作修正数据来消除室温的影响。为了使浓度降低，我们尝试通过使用之前的工作校正数据来消除室温的影响。Sakuramachi等人(1998)对日本47栋新建公寓住宅室内HCHO浓度

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资料编号：[2088]

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