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1、青岛科技大学本科毕业设计论文二氧化钛光催化降解甲醛废气及动力学研究前言随着生活和工作条件的现代化,人们大量使用有机材料进行装修,而它们会不断散发出一些有毒的气体。在众多的室内污染物中，甲醛以其来源广，毒性大，污染时间长等特点，已成为主要的室内污染物之一3。甲醛是一种无色易溶于水的刺激性气体,当室内空气中含量为0.1 mg/m3时就有异味和不适感;当大于65 mg/m3可以引起肺炎、肺水肿等损伤,甚至导致死亡。室内甲醛的污染来源主要为建筑材料和家具。板材中残留和未反应的甲醛会逐渐向周围环境释放，这是形成室内空气中甲醛的主体4。部分装饰、装修材料及用品或含有有害化学物质，或因使用不当，导致某些污染
2、物如甲醛，苯、氡等进入室内环境，造成室内空气污染，严重者甚至危害居住者健康，引起装修纠纷，室内空气污染已引起政府和公众的高度重视。甲醛为高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质5，是公认的变态反应源，也是潜在的强制突变物之一。所以寻求有效的治理方法以清除室内空气中的甲醛已成为关系到人们身体健康而亟待解决的问题，同时也成为环境污染物治理研究中的热点之一。一、文献综述1当前状况1.1课题研究的背景20世纪是人类高速发展的世纪。世界各国投入了大量的人力、物力和财力环境污染进行治理和预防，并且已经取得了卓有成效的成绩。一提到环境问题，人们
3、似乎更关注较易感觉到的室外空气和水的污染，认为只要降染源的排放量，净化了空气和水源就能从根本上解决环境污染问题。其实则不然，人们生活水平的提高，室内空气质量对人体健康的影响已成为引起社会普遍关注的重要环境问题之一。随着对室内环境保护意识的不断增强，人们迫切希望有一个安全、健康的生活空间。据世界卫生组织(WHO)调查结果显示，世界上30的新建和重修的建筑物中发现室内空气有害健康，这些被污染的室内空气已经导致全球性的人口发病率和死亡率增加，室内空气污染已被列入对公众健康危害的五种环境因素之一1。国际上一些室内环境专家提醒人们，在经历了工业革命带来的“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”之后，现代人已
4、经进入了以“室内空气污染”为标志的第三个污染时期2。部分装饰、装修材料及用品或含有有害化学物质，或因使用不当，导致某些污染物如甲醛，苯、氡等进入室内环境，造成室内空气污染，严重者甚至危害居住者健康，引起装修纠纷，室内空气污染已引起政府和公众的高度重视。甲醛为高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。甲醛已成为关系到人们身体健康而亟待解决的问题！1.2室内甲醛的污染现状20世纪90年代末，北京大学对其校园园区内的室内空气质量进行了一次调查，表1.1反映了此次调查中甲醛的测定值及我国和其他国家已有的室内空气中甲醛平均水平。表1-1 室内空气中甲醛平均水平(g/m3)Tab.1-
5、1 Indoor air formaldehyde in average（g/m3）地点加拿大芬兰法国瑞典荷兰美国捷克中国北大新建住宅旧宅时间1981198519871984198119831983198619971997样品数3784329848154024544662平均值422004824027076108388618从表中可以看出，芬兰、荷兰、瑞典等北欧国家及北美一些国家室内空气中甲醛浓度较高，究其原因主要在于在上述国家中脲醛绝缘泡沫材料被广泛用作隔热材料。而北大此次调查中发现新建住宅中甲醛浓度偏高，说明室内甲醛污染的主要来源是人造建筑和装饰材料及泡沫绝缘材料中所使用的脉醛树脂，而室内
6、使用的生活用品及化纤制品，室外工业生产所排放的废气及汽车尾气排放也会造成室内空气中一定程度的甲醛污染。下面是国内、国外的污染现状：1.2.1国外室内污染历史及现状上世纪50年代开始，二战后的各国开始实行住宅产业化，大量修建住宅以解决房荒。进入60年代以后，各国住宅建设先后进入从增量到增质的过程，人们开始对住宅室内提出宽松性、舒适性、美观性方面的新要求，住宅装修随之兴起，国外大规模兴起装修热。到了60年代末期，世界上便出现了关于室内空气质量问题的报道。其中脲甲醛树脂的泡沫隔热材料在那个时期曾被大量用于构建移动房屋。据调查，这种房屋，甲醛含量一般可达3.35 mg/m3。于是，在这个时期，环保、建
7、筑、材料等专业的研究人员开始对室内装修材料产生的甲醛污染进行研究。1998年，英国的Derrick6等人171对新装修竣工房间的建筑装修材料进行检测，发现从中释放的包括甲醛在内的VOC污染物对室内空气质量(IAQ)有一个长期的影响，10个被测房间在装修竣工后第1年内的污染物浓度虽有所下降，但在第二年仍然维持在一个连续稳定的高浓度状态。Jamstrom7等人在19992002年的15个月内对芬兰新建建筑进行调查发现，刚竣工时室内甲醛的最高释放量是贴有墙纸的甲醛污染源，甲醛的单位时间释放量为0.020.06 mg/m2.h，而靠近机械送风口的测量点甲醛浓度最低，在装修竣工6个月时，甲醛最高峰值仍然
8、达到0.1 mg/m2.h，在竣工1年后甲醛单位时间释放量依然为0.04 mg/m2.h。法国Ribota8等人在20012002年的1年时间内，在里昂和巴黎的两栋商业建筑每月对室内污染物检测时发现，大多数月份的室内甲醛浓度比WHO的标准限量(0.1 mg/m3)要高。在亚洲地区，2002年日本的Sekine等人9在东京三栋刚竣工的公寓楼检测室内污染物时发现，虽然苯系物的单位时间释放量在竣工后6个月内有明显降低，但室内甲醛浓度却因为受到材料释放机理、室内环境等复杂因素产生叠加效应，长期保持较高浓度。2003年Niu10在香港工业大学调查室内污染时提出， VOC和甲醛确实是装修材料中释放出的最主
9、要的室内空气污染物，并认为在建筑装修前选择污染物低释放率的装修材料是控制室内污染最经济可行的方法。1.2.2国内室内污染情况与发达国家相比，我国在住房规模和水平上相对落后一点，但从20世纪90年代，我国住房制度全面实行商品房改革，加上生活水平的不断提高，开始刺激着人们对所住房屋的要求也越爱越高，于是人们大肆的进行装修，于是就出现了日益严重的室内装修污染，同时也越来越引起人们的关注。过去几年我们对室内甲醛污染做了一项调查，结果如图表1.211所示：表1-2 我国各城市室内甲醛污染检测结果Tab.1-2 Every Chinese urban indoor formaldehyde polluti
10、on detection results城市名称北京重庆深圳南京青岛检测机构室内环境监测中心市环境科学院市计量质量检测研究院市室内环境检测中心市产品质量监督检验所被测户数近1000户100多户400多户365户85户甲醛超标率60%60%90%66.7%70%由图表可很容易的看出我国许多城市室内甲醛含量严重超标，这已经是一个不容忽视的严重问题，尤其是深圳市，被测用户里边90%的房子甲醛超标，给许多现在想买房的80后以很大的忧虑。目前，我国劣质装修材料充斥市场，人们装修消费能力和环保意识相对较低，装修施工监管不力，从业人员专业素质比较低，这些行业现状都直接或间接地导致了装修竣工后室内甲醛污染的产
11、生。2000年以后，国内研究人员的调研结果也不同程度地反映了我国住宅装修对室内空气的污染情况，此次暴露出的甲醛污染问题更为严重。唐建辉等人122000年对广州新建住宅群室内甲醛污染进行检测发现，未装修的空房间室内甲醛平均浓度为0.031 mg/m3，装修程度最高的房间甲醛浓度最高达到0.239 mg/m3。2001年曾燕君等人13对刚装修不久的住宅和办公室进行了室内空气污染检测发现，室内甲醛、苯、氨的浓度均超标严重，它们最高超标倍数分别为：甲醛22.0倍，苯3.01倍，氨2.58倍，可以看出室内最严重的污染物是甲醛(超标率占66.7)，而这些室内污染物主要都来源于建筑装修材料。2002年梁梅等
12、人14在佛山地区调查150多个新装修的建筑室内空气污染时，发现甲醛、苯、甲苯和总挥发性有机物(TVOC)均有不同程度的超标，其中甲醛超标率为86，近10的建筑室内甲醛浓度超标5.10倍，最高超标23倍；苯超标率为36，最高超标9倍；甲苯超标率为27，TVOC超标率为23，并提出装修竣工后甲醛和苯的污染具有一定的普遍性。2004年周林红等人15在兰州1l户新装修竣工住宅对室内空气污染程度进行调查检测，发现甲醛超标75，苯超标占37.5，且装修程度越复杂，室内空气污染物浓度越高。2003年陈利杰、顾春晓、闰拥军等对郑州市121户2000年后装修的居室内空气进行了甲醛浓度的测定工作。统计表明：200
13、0年至2002年装修的住宅居室内甲醛浓度的超标率分别为65.56、76.52、84.816。据检测数据显示，所检查的办公室，检出率为100，甲醛浓度范围每立方米0.0430.739 毫克，最高超标6.4倍，超标率83.33；98套居民住宅，检出率100，甲醛浓度范围每立方米在0.0381.629毫克，最高超标15.3倍，仅有9套居民住宅室内空气甲醛浓度范围在国家标准限值每立方米0.10 毫克以下，另有90.82的新近装修房存在不同程度的污染问题，其中有一户在装修完38个月后甲醛仍超标1.5倍。我国的室内装修污染已经达到不容忽视的境地，已经完全引起国家的注视！为了我们的健康，为了我们的子孙后代，
14、一定要处理好甲醛污染问题。1.3甲醛废气的防治措施与技术1.3.1甲醛废气的防治措施目前，防治室内空气中甲醛污染的途径主要有两条，一是从释放源进行控制，二是进行室内空气净化。丹麦和美国等国家都相继做出规定，限制或禁止向家庭出售脲醛树脂产品，或要求对产品进行检测17。甲醛释放周期非常长，因此解决甲醛污染最根本的办法就是用非醛粘合剂替代在建材中被广泛使用的脲醛树脂等粘合剂，但是由于技术，工艺上的难题，在近十年内还无法使非醛粘合剂全面代替脲醛树脂粘合剂，这个问题不仅在我国存在，在发达国家，如：日本，美国，加拿大，欧洲都普遍存在。故在当前和今后很长一段时间内，甲醛的后期治理即对室内空气净化仍然是研究的
15、重点。目前室内空气净化的方法主要有以下几种： (1)良好通风保持室内拥有良好的通风条件，是室内空气中新鲜空气的比例增加，是使室内甲醛浓度下降的有效手段。(2)植物净化绿色植物对室内的空气具有很好的净化作用，能够有效的吸收空气中的有害物质，使空气清新。人们在美化环境的同时，绿色植物就作为了净化室内空气的一种有效途径。于是现在很多国家已广泛地宣传绿色植物这种有益于人类健康的特征，绿色植物成为普通家庭都能承受的而且效果很好的居室空气的净化器。(3)物理吸附净化法主要是指用活性炭或活性氧化铝为吸附载体，通过吸附祛除甲醛等空气有机污染物的空气方法，在吸附有机物的同时，对空气中的悬浮物颗粒、细菌、微生物也有一定的过滤作用，使用一段时间应对吸附剂进行调换或活化18。(4)化学反应方法利用甲醛等有机污染物的化学活性，运用络合反应、氧化反应、加成反应等来破坏、分解甲醛及其它有机物，反应生成物为水、二氧化碳及无毒的反应产物，达到消除室内空气污染的目的。市场上销售的甲醛消除剂大部分就是应用这种方法19。(5)空气负离子技术典型产品是负离子空气清新机。主要工作原理是：
