的挥发性有机污染物的吸附特性研究

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的好坏直接影响人体健康及工作、学习效
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实验系统与数据处理
率。随着建筑物密闭性的提高以及新型建筑材料的 广泛使用，室内挥发性有机污染物 （ !.,’)*,& "(E
N@L 实验装备 !"# 吸附系统实验装置如图 L 所示，该实验
装置位于某空调环境室中。环境室具有独立的空 调系统，可调节环境室内空气温度、湿度等。但 是该空调环境室内湿度受室内人员影响很大，当 有人处于室内时，湿度参数有明显波动。
高，并且其随时间的衰减趋势也不相同。
5(吸附量，=>； 8(通过吸附层的气体流量，=) 0 =?@； $.( 活性 炭 无 纺 布 迎 风 气 流 中 "#$ 的 浓度，=> 0 =)； $+( 活 性 炭 无 纺 布 下 游 气 流 中 "#$ 的 浓度，=> 0 =)； +(时间，=?@。 活性炭无纺布前后 "#$ 的浓度差与活性炭无 纺 布 迎 风 气 流 中 "#$ 浓 度 比 为 吸 附 材 料 对 "#$
%1* 气体流速对活性炭无纺布吸附特性的影响
"#$ 的吸附量随迎风面 "#$ 浓度的增大而增加。
图 / 给出的是不同气流速度 下 油 漆 污 染 源 的
图 , 给出的是活性碳无纺布前后 的 浓 度 差 与 迎风面 "#$ 浓度之间的关系曲线，图中还给出了 各组实验数据的拟合曲线（直线） ，最大拟合误差 为 !- 。 拟 合 线 的 斜 率 反 映 的 是 活 性 炭 无 纺 布 对
专题研讨
・ ・ %0
将 阻 碍 "#$ 向 吸 剂 外 表 面 的 扩 散 。 随 着 流 速 增 大，该边界层的厚度逐渐变薄，外扩散阻力减小， 外扩散传质系数随流速增大而增大，此时增加气 体流速度将有利于吸附过程的进行。可见，在实 际应用中，根据具体情况选择合适的操作条件是 非常必要的。根据本实验研究结果，如果采用对 活性炭无纺布作为 "#$ 的吸附材料，建议吸附材 料 迎 风 面 的 气 体 流 速 的 取 值 位 于 ’(%) * +1’(,) * + 范围之内，这一方面可以取得很好的 "#$ 吸附效 果，另外整个吸附系统的能耗也不高。
活性炭无纺布对油漆散发的 "#$ 的吸附量按 下式计算：
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!7568 ! 9$ ($ : 7+
* . * +
5
+
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"#$ 污染源的排放特性如图 A 所示，油漆用量均为 E*F。由图 A 可以看出，油漆的种类不同，油漆所 散发出来的 !"#$ 的浓度不同，其中 4 号油漆 "#$ 的排放浓度最低，) 号油漆的 !"#$ 的排放浓度最
性炭无纺布吸附特性的影响很大。活性炭无纺布 对 ! 号油漆散发的 "#$ 的吸附量最小，对 % 号油 漆的吸附量最大。 关于有机物的种类对吸附剂吸附 特 性 的 影 响 文献
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曾经进行过分析。他们认为有机物的吸
附随着分子量的增加而增加，直至分子太大进不 了炭孔；吸附随溶解度降低而增加，大于三个碳 原子的分子一般都被吸附，除非它极易溶解；非 极性有机物较极性有机物更易从水溶液中被吸附； 有其他有机物混存时会影响吸附：分子大小相近 的芳香族有机物比脂肪酸易吸附；立体异构体对 链烃、反式的比顺式的可吸附性大；易液化或高 沸点的气体较易吸附；混合气体中，纯净状态下 易被吸附的气体优先被吸附。不同油漆散发物的 组成、浓度及其散发规律都是不同的，因此活性 炭无纺布对其吸附特性也不一致。 值得注意的是，在本实验中 ) 如图 * 所示 + ， ! 号油漆散发的 "#$ 浓度最低，活性炭无纺布的吸 附量最小；% 号油漆散发的 "#$ 浓度最高，活性炭 无纺布的吸附总量也最大。该结果说明除了油漆的 种类外，活性炭无纺布迎面的 "#$ 浓度才是控制 活性炭吸附量的最重要因素。即活性炭无纺布对
"#$ 排放特性曲线。实验用污染源为 * 号油漆，用 量 .’2，温度 *’3，相对湿度 ,/-，吸附层厚度为 % 层，气流速度分别取 ’1!4 5 6、 ’1%4 5 6 和 ’1/4 5 6。可 以看出，气流速度对污染源 "#$ 散发特性影响很 大，气流速度越高，污染源 "#$ 的浓度衰减越快。 图 . 给出的是不同迎风气流 速 度 下 活 性 炭 无 纺 布 的 "#$ 吸 附 量 随 时 间 的 变 化 曲 线 。 可 以 看 出，随气流速度的增加，活性炭无纺布对 "#$ 的
风速仪； 4*B 吸附层； 44B 测量孔； 4AB 压差探头 B
’
)B4
的影响
实验结果与分析
油漆种类对活性碳无纺布 "#$ 吸附特性
吸 附 层 前 后 的 !"#$ 浓 度 采 用 美 国 生 产 的
%&’()* 型 便 携 式 光 离 子 化 !"#$ 检 测 仪 测 量 ，
气体流速采用热线式风速仪测量，气体的温、湿 度 和 吸 附 阻 力 等 参 数 采 用 德 国 生 产 的 +,-+.)/*’ 0
12(3/3 型测量系统测量。
本实验选用的吸附材料为广东某化 纤 有 限 公 司生产的活性炭无纺布，其特性参数见表 4。
表4 材料 粉状活性炭 活性炭无纺布的特性参数 厚度 重量 网孔尺寸 产地 广州
含炭量
/*D
>==
3/F 0 =A
A** 目
图 A 给出的是实验所用不同种类的油漆的 "#$ 散发特性曲线。实验条件为吸附温度 A*C ，相对湿 度 3/D，吸附层厚度为 ) 层，管内气体流速 *B4= 0 -。
!"#$%&’$() *( +,-*%#)&*( ./0%01)$%&-)&1- *2 3*(4*5$( .6*)/ 4&)/ +1)&50)$, .0%7*( 2*% 89. 2%*’ 80%(&-/
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专题研讨
洁净与空调技术 !!"#! $%%& 年第 ’ 期
西安交通大学能源与动力工程学院建筑环境与设备系 摘 要
袁
琪!
刘艳华
张水香
本文介绍有关活性炭无纺布的某些试验，即在空调环境中，对室内空气中的 !"# 的吸附
特性，以及运行参数（!"#、污染源、浓度、气流速度、吸附层厚度等）对活性炭无纺布吸附性能的影 响。选择合理的运行参数和吸附层厚度，对于提高吸附效率和降低能耗是很必要的。 关键词 室内空气品质 活性炭无纺布 吸附 挥发性有机物（!"#）
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()*+, -)+./.,0 1,)2345)/67 !8),+
9
前言
研究了活性炭无纺布在空调环境中对室内空气中
!"# 的吸附净化特性以及空调运行参数对活性炭
无纺布吸附性能的影响。
据统计，现代人平均有 FGHIJGH 以上的时间 在 室 内 度 过 ， 室 内 空 气 品 质 （ A-/..( B*( C0’,*)>9
"#$ 的吸附效率，该拟合结果说明： （ !）活性炭无纺布对不同种类油 漆 所 散 发 的 "#$ 的吸附效率不同，其中对 ! 号油漆的吸附效 率最高，约为 ..- ，对 % 号油漆所散发出的 "#$ 的吸附效率最低，约为 /*-：
洁净与空调技术 !!"#! $%%& 年第 ’ 期 才是影响活性炭无纺布吸附量的关键因素。
吸附量下降。这一点是容易理解的，因为本实验 中油漆污染源固定不变，当掠过油漆涂层表面的 气流速度增大后，流过污染源的空气流量增大， 使得空气中 "#$ 的浓度下降，如图 / 所示。气流 速度高，活性炭无纺布迎风面气流中 "#$ 的浓度 就低，从而导致活性炭无纺布吸附量也下降。该 结果进一步说明，通过活性炭无纺布的 "#$ 浓度
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。吸附净化是
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脱除室内 !"# 气体最常用的方法之一，其设备简 单，操作成本低，吸附剂具有较多选择性 。针 对室内空气中 !"# 经常性超标的现状，本文实验
X 基金项目：西安交通大学在职博士基金资助项目
Байду номын сангаас
1M4’*,U >%,*0V4’*,@2W)0@&/0@+收稿日期： NGGQMRMNR
! 袁琪，女， LJTF 年 LL 月生，硕士研究生 TLGGQJ
西安市咸宁路 NF 号能源与动力工程学院 建筑环境与设备系
<’-*+ #.43.0-/9!"# ）
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已成为室内重要的空
气污染物之一。高浓度 !"# 往往出现在一些新近 装修、通风换气条件不好或都市交通干道街道两 旁 的 建筑物内。这些场所的室 内 !"# 浓 度 较 高 ， 最严重的超标倍数可达十几倍以上
,(,
图 ! 给出的是活性炭无纺布前后 "#$ 的浓度 差随迎风面气流中 "#$ 浓度的变化曲线，图中还 给出了各工况的数据拟合结果。可以看出气流速 度对活性炭无纺布吸附 "#$ 的特性影响很大。具 体分析如下： （ %）随着气流速度的增加，活性炭无纺布对
吸附层厚度对吸附特性的影响
"#$ 的吸附效率下降； （ &）活性炭无纺布吸附效率下降的幅度与气 流 速 度 有 关 。 当 迎 风 面 气 流 速 度 取 ’(%) * + 或 ’(,) * + 时 ， 气 流 速 度 对 "#$ 吸 附 效 率 的 影 响 不 大 ， 此 时 活 性 炭 无 纺 布 的 吸 附 效 率 在 -’.-%/ 之 间，但是当气流速度增加到 ’(0) * + 后，活性炭无 纺布对 "#$ 的吸附效率下降很多，此时的吸附效 率仅为 0’/ 。可见对活性炭无纺布而言，低气流 速度有利于 "#$ 的吸附。 不同风速下吸附层前后的压降数据如表 , 所
洁净与空调技术 !!"#! $%%& 年第 ’ 期
专题研讨
・ ・ 4)
量一定，在流动空气作用下，混合箱内 "#$ 浓度 随时间呈衰减，其趋势如图 A 所示。
表A 编号 油漆种类与产地 种类 酚醛清漆 产地 陕西 陕西 河北
4 A )
图4
J*>(4 酚醛清漆
醇酸油漆
"#$ 吸附实验装置示意图
4B 调压变压器； AB 风机； ) 、 /B 粗效过滤器； 3B 流量调节阀； EB 温 0 湿 度 探 头 ； GB"#$ 散 发 源 ； HB 气 体 混 合 室 ； IB 热 线 式
图 ) 给出的是活性炭无纺 布 对 不 同 种 类 油 漆 所散发的 !"#$ 的吸附量曲 线 。 可 以 看 出 ， 采 用 不同种类的油漆所散发的 "#$ 作为污染源，对活
・ ・ !,
专题研讨
洁净与空调技术 !!"#! $%%& 年第 ’ 期 （*）虽然活性炭无纺布对 "#$ 的吸附量随迎风 面 "#$ 浓度的增大而增加 )如图 % 所示+，但在 "#$ 的整个吸附过程中 )在实验的时间范围内+，活性炭 无纺布对某特定油漆所散发的 "#$ 的吸附效率不变； （ %） 活 性 炭 无 纺 布 对 "#$ 的 吸 附 效 果 很 好 ， 吸附效率可达 /*0..- 。
的吸附效率，公式如下：
式中
!6 "$ 6 $*($+ $* $* ABA 污染源的准备
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称取一定质量的油漆，将其均匀喷 涂 在 气 体 混合室内的石膏板表面，作为 "#$ 污染源。石膏 板上涂沫不同种类油漆，可模拟室内不同污染物 的 情 况 。 所 使 用 油 漆 的 有 关 参 数 见 表 A。 油 漆 用