室内VOC净化材料吸附与反应机理、特性及评价研究

发布时间：2020-06-12 03:15

【摘要】：上世纪90年代以来，我国新建建筑大量涌现，建筑装修装饰和家具散发的挥发性有机化合物（VOC）引起的室内空气污染危害人们身体健康和生活质量，成为了百姓担心、领导关心和媒体关注的社会问题，如何有效控制室内VOC污染也随之成为了我国室内空气领域的研究热点。采用净化材料去除室内空气中的VOC是解决这一问题的重要途径，其中吸附和热催化被认为是较为可靠和安全的净化方式，已在或将在室内空气VOC净化中获得广泛应用。但在吸附材料的选择、性能设计和热催化反应机理等方面还存在一些关键机理问题没有解决，为此，本论文开展了相关研究，主要学术贡献如下：针对现有净化材料及产品去除VOC性能评价指标难以评价和预测实际空气净化过程（非稳态过程）中给定时间内净化能力的不足，提出了新评价参数：等效洁净空气体积Va,c以及无量纲洁净空气体积Va,c*。利用这些参数，可解决传统评价指标在比较不同净化方式（如吸附和催化）去除VOC性能时存在的问题。通过建立数理模型及无量纲分析，导出了吸附材料的Va,c*与时间、材料扩散系数D、分配系数K和外对流传质系数hm等影响因素间的无量纲关系，克服了采用传统指标如饱和吸附量等难以预测和比较给定时间内不同吸附材料及器件净化性能的困难。提出了一种预测吸附材料无量纲洁净空气体积Va,c*的实验方法：通过在特定穿透实验条件下测定吸附材料吸附低浓度VOC的D、K等参数，预测实际应用条件下的Va,c*，可用于实际应用条件下吸附材料的选择、模块设计以及净化寿命预测。通过实验，，发现热催化材料降解甲醛过程符合双分子L-H方程，并诠释了其动力学机理，即速率控制步骤为吸附态甲醛与材料表面活性氧分子发生的氧化还原反应，测定了反应速率方程中的相关参数及其随温度的变化关系，得到了热催化材料降解甲醛的表观反应活化能，以此阐明了此反应可在室温下进行的机理，可指导热催化空气净化器的净化性能设计。提出了使用净化材料控制室内VOC浓度的若干应用策略。提出了不同使用模式下净化方式的选择和设计方法；建立了颗粒型吸附材料控制污染源散发的数理模型，得到了模型的解析解，导出了确定吸附材料寿命的无量纲关系式。上述工作为去除室内VOC净化材料的应用提供了性能评价和设计的科学依据和方法参考。
【图文】：

吸附等温线,吸附材料,饱和吸附量,等温线

IC）根据吸附等温线的形状将它们分为 5 种类型，如图 1.2 所示。附等温线最为常见，适用于一般的微孔吸附和化学吸附。I 型等温线在压力较高时具有一个较大范围的平台段，在此范围内吸附量随压慢，一般可将此时的测得的吸附量近似作为吸附材料的饱和吸附量以饱和吸附量为评价依据，对多种吸附材料进行了性能评价[39-42]。表分吸附材料对甲苯和苯的饱和吸附量。

吸附材料,填充柱,测试系统,甲苯

图 1.3 ASHRAE 吸附材料测试系统及吸附填充柱VanOsdell 等人进行了甲苯在 25 克颗粒活性炭上的穿透实验，发现当进口甲苯浓度从 72ppm 降为 0.44ppm 时，需要的穿透时间（Cout/Cin=10%）从 11.8 小时增加[57]
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X51

【参考文献】