室内空气污染的催化与治理

室内空气污染的催化与治理组员：宋怀远胡扬線德元室内空气污染与防治技术一、室内空气主要污染源及危害1.1甲醛1.2苯系物1.3氨1.4氡和镭1.5建筑和装饰材料室内污染对人体危害的概况二、室内空气净化技术2.1纤维过滤技术2.2吸附法2.3光催化氧化法2.4静电除尘技术2.5臭氧法2.6负离子法一、室内空气主要污染源及危害近年来的研究表明，室内空气质量不仅受室外大气污染物的渗透、扩散的影响，而且受室内污染源的影响。室内常见有害物质多达数千种，种类复杂，其中建筑、装饰材料中，对人体健康危害最大的是甲醛、氨、苯系物、氡和镭等1.1甲醛理化特性甲醛（HCHO）是一种无色，具有刺激性且易溶于水的气体。甲醛可经呼吸道吸收。甲醛沸点在19℃左右，常温下易溶于水、醇和醚，易挥发。它有凝固蛋白质的作用。含35%~40%甲醛的水溶液通常称为福尔马林，常作为浸渍标本的溶液。甲醛的来源甲醛主要来自室内装修和装饰材料。用作室内装饰的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等，在加工生产中使用脲醛树脂和酚醛树脂等为粘合剂，其主要原料为甲醛、尿素、苯酚和其他辅料。板材中残留的未完全反应的甲醛逐渐向周围环境释放，成为室内空气中甲醛的主体，从而造成室内空气污染。而生产家具的一些厂家为了追求利润，使用不合格的人造板材，在粘接贴面材料时使用劣质胶水，制造工艺不规范，挥发性有机物含量极高。另外，含有甲醛成分的其他各类装饰材料，如壁纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等，也可能向外界释放甲醛。有关研究表明，人造板材中甲醛的释放期为3—15年。甲醛的危害甲醛是一种无色易溶的刺激性气体，经呼吸道吸收，长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，甚至引起鼻咽癌；高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有害。此外，甲醛还有致畸、致癌作用，长期接触甲醛的人，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症。1．2苯及苯系物苯及苯系物的性质苯是一种无色，具有芳香气味的液体，毒性很大，所以专家把它称为“芳香杀手”。苯具有易挥发、易燃、蒸汽具有爆炸性的特点，沸点为80℃，常温下是液态。苯及苯系物的来源苯系物在各种建筑材料的有机溶剂中大量存在，如：各种油漆和涂料的添加剂、稀释剂和一些防水材料等；劣质家具也会释放出苯系物等挥发性有机物；壁纸、地板革、胶合板等也是室内空气中芳香烃化合物污染的重要来源之一。这些建筑装饰材料在室内会不断释放苯系物等有害气体，特别是一些水包油类的涂料，释放时间可达1年以上。1．2苯及苯系物苯及苯系物的危害苯为无色具有特殊芳香味的液体，是室内挥发性有机物之一。在通风不良的环境中，短时间内吸人高浓度苯蒸气可引起以中枢神经系统抑制为主的急性苯中毒。轻度中毒会造成嗜睡、头痛、头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感等；重度中毒可出现视物模糊、震颤、呼吸短促、心律不齐、抽搐和昏迷等，严重的可出现呼吸和循环衰竭，心室颤动。苯已被有关专家确认为严重致癌物质。1．3氨氨的性质氨是一种无色气体，具有强烈的刺激性气味，对人体有一定的毒性。并能以任何比例与水相互溶解，沸点为-33.5℃，水溶液呈弱碱性，在室内极易挥发。氨的来源氨主要来自建筑物本身，即建筑施工中使用的混凝土外加剂和以氨水为主要原料的混凝土防冻剂。含有氨的外加剂，在墙体中随着湿度、温度等环境因素的变化还原成氨气，从墙体中缓慢释放，使室内空气中氨的浓度大量增加。氨的危害氨是一种五色而具有强烈刺激性臭味的气体，可感觉的最低浓度为5．3×10-6g／m3，氨是一种碱性物质，它对所接触的组织有腐蚀和刺激作用。它可以吸收组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构，减弱人体对疾病的抵抗力。氨浓度过高时，除腐蚀作用外，还可通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。1.4氡和镭氡和镭主要来自建筑施工材料中的某些混凝土和某些天然石材。氡和镭是放射性元素，这些混凝土和天然石材中含有的氡和镭会在衰变中产生放射性物质。这些放射性物质对人体的危害，主要是通过体内辐射和体外辐射的形式，使人体神经、生殖、心血管、免疫系统及眼睛等产生危害。氡还被国际癌症研究机构确认为人体致癌物。1.5建筑和装饰材料室内污染对人体危害的概况1997年据国际有关组织调查统计，世界上30％新建和重修的建筑物中发现有害人体健康的室内气体，室内环境专家提醒人们，现代人正进入以“室内空气污染”为标志的第三个污染时期。上海市有多例婴幼儿因住进刚装修好的房屋而导致白血病的报道；北京市也有报道，发现两例由于家庭装修而引发畸形婴儿出生［1］。另据报道：2001年10月，湖南株洲一装饰公司两名油漆操作工，在刷涂油漆时，晕倒在施工现场，因被及时发现才幸免于难；1997年5月，湖南冷水江某化工厂两名工人，在仓库停车场清洗装过苯的槽车时，因通风不善中毒，造成一死一伤。据EPA估计，美国每年大约有2000名肺癌死亡者与建筑和装饰材料中含有的氡辐射有关。另据世界银行的一份调查研究表明，我国目前每年由于建筑和装饰材料导致室内空气污染对人体伤害造成的损失，如果按支付意愿价值估计，约为106亿美元。二、室内空气净化技术进入过滤介质的粉尘有更多的机会撞击介质，一旦撞上介质就会被黏住。微小粉尘相互碰撞会凝并成容易沉降的大颗粒，所以空气中粉尘的颗粒度相对稳定。室内粉尘撞击墙壁时会留在那里，时间长了墙壁和天花板会褪色，气流速度高的局部会出现黑渍。对过滤材料的要求：既有效的拦截尘埃粒子，有不对气流形成过大的阻力。非均匀排布的纤维材料符合这一要求，如各种非织造布、纸张。杂乱交织的纤维形成对粉尘的无数道屏障，纤维间宽阔的间隙允许气流顺利通过。其他透气的多孔物质也可以做成过滤材料，如细砂、陶瓷、开孔型泡沫材料。但对通风用的空气过滤器来说，纤维材料因其透气性好、质量轻、加工性能好而被广泛应用。为了达到良好的过滤效率，过滤介质中的纤维数量要尽可能的多，而为了减小气流阻力，现为要尽可能细，此外，作为过滤材料的纤维介质应安全，不易老化，成本低廉。在空气过滤器成为工业产品后的近百年间，人们几乎尝试了所有天然和人造纤维材料，经反复筛选，目前广泛使用的材料有玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、植物纤维等。在矿物材料制成的纤维中，除玻璃纤维外的所有其他材料均因安全原因而淘汰。对于小于10微米的颗粒物，目前最经济、最有效的方法之一是纤维过滤技术。（1）筛滤作用：纤维过滤层内纤维排列错综复杂，并形成无数网格。当微粒粒径大于纤维网孔或沉积在纤维上的微粒间孔隙时，微粒就会被阻留于纤维层上。（2）惯性碰撞：气流通过纤维层时，其流线不断改变。当微粒质量较大或者速度较大的，由于惯性作用，微粒来不及跟随气流绕过纤维，因而脱离流线向纤维靠近，并碰撞在纤维上而沉积下来。（3）拦截作用：当气流接近纤维时，较细小尘粒随气流一起绕流，若尘粒半径大于尘粒中心到纤维边缘的距离，则尘粒会因与纤维接触而被拦截。（4）扩散作用：在气体分子热运动引起的碰撞作用下，细小微粒像气球分子一样作不规律的布朗运动，微粒尺寸越小，这种作用越显著。（5）静电作用：一般来说，纤维和微粒都可能带有电荷，俩者之间遵循同性相斥、异性相吸的原理。若微粒与纤维所带电荷相反，微粒会吸附在滤料上；若微粒与纤维所带电荷相同，则情况正好相反。除了有意识地使纤维或微粒带电外，若是在纤维处理过程中因摩擦带上电荷，或因微粒感应而使纤维表面带电，则由于这种电荷不能长时间存在，而且电场强度也很弱，所以产生的吸引力很小，甚至可以完全忽略。（6）重力沉降作用：粒径和密度大的尘粒，进入过滤器后，当气速不大，做缓慢运动时，可由重力作用自然沉降下来。由于气流通过纤维过滤器的时间较短，对于大多数室内微粒，因其粒径较小，重力沉降速度慢，当它还没有沉降到纤维时已通过纤维层，所以重力沉降作用较弱。2.2吸附法定义吸附是利用多孔性固体吸附剂处理气体的混合物，是其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上，从而达到分离的目的。常用吸附剂及其物理性质物理性质活性炭活性氧化铝沸石分子筛硅胶真密度/（kg/m³）1.9~2.23.0~3.32.0~2.52.1~2.3表现密度/（kg/m³）0.7~10.8~1.90.9~1.30.7~1.3填充密度/（kg/m³）0.35~0.550.49~1.000.60~0.750.45~0.85孔隙率0.33~0.550.40~0.500.30~0.400.40~0.50比表面积/(m²/g)600~140095~350600~1000300~830微孔体积/(cm³/g)0.5~1.40.3~0.80.4~0.60.3~1.2平均微孔径/1020~5040~120—10~140比热容/[J/(g·K)]0.84~1.050.88~1.000.800.92热导率/[kJ/(m·h·K)]0.50~0.710.500.180.50影响吸附剂吸附气体的因素1.操作条件：低温有利于物理吸附，适当升高温度有利于化学吸附，增大气体主体压力，即增大吸附质分压，能加快吸附进程。2.吸附质的性质；3.吸附质的性质与浓度；4.吸附剂的活性：1静活性：是指在一定温度下，气体中被吸附物的浓度达平衡时单位吸附剂上可能吸附的最大吸附量。2动活性：是吸附过程还没有达到平衡时单位质量吸附剂吸附质的量。气体通过吸附剂床层时，床层中吸附剂逐渐趋于饱和。5.接触时间。2.3光催化氧化法光催化原理当半导体氧化物TiO2纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后,电子从价带跃迁到导带,产生了电子-空穴对,电子具有还原性,空穴具有氧化性,空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的-OH反应生成氧化性很高的OH自由基,活泼的OH自由基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和H2O等无机物。2.3光催化氧化法催化技术治理空气污染具有广谱性、经济性、灭菌性等特点，因而越来越受到重视，成为空气污染治理技术研究和开发的热点。（1）广谱性：迄今为止的研究表明光催化对几乎所有的污染物都具有治理能力。（2）经济性：光催化在常温下进行，直接利用空气中的O2做氧化剂，气相光催化可利用低能量的紫外灯，甚至直接利用太阳光。（3）杀菌消毒：利用紫外光控制微生物的繁殖已在生活中广泛使用。2.4静电除尘技术静电除尘技术的优点（1）除尘效率高（2）可以净化较大气量（3）能够除去的粒子粒径范围较宽（4）可净化温度较高含尘烟气（5）结构简单，气流速度低，压力损失小（6）能量消耗比其他类型除尘器低（7）电除尘器可以实现微机控制，远距离操作电除尘器的缺点（1）一次投资费用高，钢材消耗量大（2）除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出（3）不适宜直接净化高浓度含尘气体（4）对制造和安装质量要求很高（5）需要高压变电及整流控制设备（6）占地面积较大三个基本过程悬浮粒子荷电高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集连续的电晕电场（单区电除尘器）光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）粉尘从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗电除尘器的工作原理大气污染控制工程AirPollutionControlEngineering三个基本过程电除尘器的工作原理大气污染控制工程AirPollutionControlEngineering电晕放电机理电晕电极为负极，正极接地，施加负高压使空气电离气体分子离子化的过程又产生大量电子－雪崩过程远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被电负性气体分子捕获，产生负离子自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源电晕放电大气污染控制工程AirPollutionControlEngineering电晕区2.5臭氧法臭氧由于其强氧化性，被广泛应用于水的消毒、空气的消毒、物体表面的消毒、消毒水及环境的除臭除味等领域。随着臭氧技术发展，臭氧技术的研究及应用已形成独立的产业，发展前景十分广阔。2.5臭氧法臭氧的性质臭氧具有不稳定性和很强的氧化能力。臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子（O