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光催化室内空气净化器综合性能评价方法研究

作　者: 张一擎
导　师: 张寅平
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 室内空气品质挥发性有机物光催化净化器净化效能
分类号: TU834.84
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,室内空气品质(Indoor Air Quality,简称IAQ)越来越受关注,而造成室内空气品质低劣的主要原因是室内大量的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)。使用光催化室内空气净化器去除室内VOCs是一种很具潜力的技术手段,但其品种繁多且效率差异较大,甚至在应用过程中可能产生对人体健康有害的副产物。目前针对光催化在实际环境条件下降解多组分室内VOCs的研究较少,且缺乏考虑其副产物对人体健康效应在内的评价标准或规范,从而制约了该技术的客观评价和成功应用。本文开展了对光催化净化器在接近室内环境条件下的测试和评价研究工作,主要学术贡献为:在模拟实际室内空气条件的环境舱中,采用衰减法(pull-down法)对目前我国主要的室内污染物如甲醛、苯、甲苯等进行不同初始环境下光催化净化器降解单一组分或多组分VOCs的测试。采用质子传递反应质谱气体分析仪(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometer,简称PTR-MS)和气相色谱/质谱仪(Gas chromatograph/mass spectroscopy,简称GC-MS)相结合的方法研究VOCs的降解及副产物的转化情况。与文献中光催化降解单组分污染物的结果相比,发现在多组分VOCs共存时光催化净化器对其降解所产生的副产物产生率更高,且种类更多。其中丁二烯和丙烯醛等是文献中尚未报道的气相副产物。测试表明,水蒸汽浓度与多组分VOCs间产生竞争吸附,是影响光催化降解VOCs的重要因素。光催化降解VOCs在效率和副产物转化率方面存在不同的最优水蒸汽浓度,此最优浓度对于不同组分的VOCs各不相同。另外,在本文测试中,相对湿度在25%至80%之间时,光催化降解多组分VOCs的副产物转化率与水蒸汽浓度正相关。诠释了水蒸汽浓度对光催化降解多组分VOCs的影响机理。应用健康相关影响因子HRI对测试结果进行了分析比较,并提出了考虑健康效应的综合表现评级指标(Overall Performance Evaluation,简称OPE),它由净化效能ηPCO和HRI共同决定。在此基础上分析并概括了光催化净化器产品特性,并结合本文的测试结果提出了该类光催化净化器在实际应用中的适用环境及条件,可为光催化室内空气净化器标识及综合评价提供实验基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章引言  10-22
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 文献综述  11-21
    1.2.1 室内空气VOCs 浓度相关国标规定  11-12
    1.2.2 室内空气净化技术简介及比较  12-13
    1.2.3 光催化降解VOCs 简介  13-14
    1.2.4 光催化降解VOCs 技术的主要影响因素  14-16
    1.2.5 光催化降解VOCs 副产物  16-17
    1.2.6 光催化降解VOCs 测试方法  17-18
    1.2.7 光催化净化器的性能评价  18-21
  1.3 主要研究任务  21-22
第2章光催化室内空气净化器测试方案设计  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 测试平台与仪器  22-26
    2.2.1 玻璃密闭环境舱  23-24
    2.2.2 室内空气环境及控制  24
    2.2.3 光催化空气净化器  24-26
    2.2.4 质子传递反应质谱气体分析仪PTR-MS  26
  2.3 测试目标VOCs 的选择及其处理方法  26-27
  2.4 测试原理  27-28
  2.5 测试流程  28-30
  2.6 结果分析方法  30-35
    2.6.1 PTR-MS 检测结果的校准  30-34
    2.6.2 光催化室内空气净化器性能/效能及副产物分析  34-35
  2.7 小结  35-36
第3章光催化室内空气净化器的效率及副产物研究  36-89
  3.1 背景测试及漏气影响  36-42
  3.2 光催化净化器降解甲醛/甲苯的测试结果  42-56
    3.2.1 光催化净化器降解甲醛的测试结果  42-46
    3.2.2 光催化净化器降解甲苯的测试结果  46-56
  3.3 光催化净化器降解多组分VOCs 的测试结果  56-71
    3.3.1 光催化净化器降解多组分VOCs 的性能测试结果  57-62
    3.3.2 光催化净化器降解多组分VOCs 的副产物测试结果  62-71
  3.4 结果讨论  71-88
    3.4.1 水蒸汽浓度对光催化净化效率及副产物的影响  71-84
    3.4.2 VOCs 组分对光催化净化效率及副产物的影响  84-88
  3.5 小结  88-89
第4章光催化室内空气净化器的综合评价  89-100
  4.1 健康相关影响因子(HRI)的应用  89-93
  4.2 光催化室内空气净化器的综合评价  93-97
    4.2.1 光催化室内空气净化器的产品特性  93-95
    4.2.2 光催化室内空气净化器综合表现评级  95-97
  4.3 光催化室内空气净化器的产品选择  97-99
    4.3.1 如何选择光催化室内空气净化器  97-99
    4.3.2 光催化净化器与其他空气净化手段相结合  99
  4.4 小结  99-100
第5章结论与展望  100-102
  5.1 结论  100
  5.2 后续工作  100-102
参考文献  102-108
致谢  108-109
附录A 常见污染物REL  109-111
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  111

光催化室内空气净化器综合性能评价方法研究

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