309-热再生式室内气态污染吸附材料的性能评价方法.pdfVIP

热再生式室内气态污染吸附材料的性能评价 方法 ☆ 清华大学建筑技术科学系 肖儒 ，莫金汉 摘要：吸附-热再生式净化技术通过在吸附材料性能饱和后对其进行热脱附，恢复吸附材 料的净化性能，从而达到长期有效的室内气态污染物净化，是一种非常有前景的室内气态污染 物净化技术。本研究针对热再生式吸附材料，综合材料的净化性能及再生能耗，提出了使用单 位能耗无量纲有效洁净空气量这一参数来进行性能评价。基于该评价参数及评价方法，本研究 对4 种常见吸附材料（椰壳活性炭、硅胶、粒状活性炭、分子筛）去除甲醛的性能进行了评价。 结果表明椰壳活性炭的单位能耗无量纲有效洁净空气量达1670 J-1，在四种材料中最大，是一 种良好的热再生式甲醛净化材料。本研究为后续热再生式净化装置的研究提供了基础。 关键词：气态污染物；空气净化；热再生；评价标准 1. 研究背景 近二十年来，我国经历了快速的现代化与城市化发展；从 1990 年至2010 年，我国城市居 住面积由40 亿m2 2 发展至210 亿m ；大量室内装修及装潢材料的应用造成严重室内气态污染物 污染。[1, 2] 室内气态污染物如甲苯、苯、甲醛等会造成呼吸道及黏膜刺激、神经系统紊乱等症 状[3] 。国际癌症研究署（IARC ，International Agency for Research on Cancer ）已确认甲醛为致 癌物质和潜在的强致突变物。因此，我国室内空气中气态污染物的净化刻不容缓。 吸附法具有成本较低，无有害副产物等优势，在当前市场应用最广泛。[4]然而其吸附容量 [1] 小，使用周期短，限制了其实际应用。 为克服这一缺陷，一些研究提出了使用“吸附-热再生” 净化方法，在吸附材料饱和后对其进行脱附，从而恢复其净化性能，达到长期有效的室内气态 污染物净化。[5, 6]该方法保证了吸附材料始终具有较高净化能力并实现了材料的循环利用；此 外，该方法使得吸附技术摆脱了对于材料性能的依赖，较差的材料也可得以应用，是一种非常 有前景的室内气态污染物净化技术。 针对“吸附-热再生”式净化方式，需要综合热再生式吸附材料的净化性能与再生能耗提出 一种科学的评价指标。我国国标《空气净化器》（GB18801-2015 ）中定义净化能效为：空气 [7] 净化器在额定状态下单位功耗产生的洁净空气量（CADR ）。 然而该评价标准仅评估净化器 使用初期的状态，缺少净化器在长期使用过程中的效果评价。此外，该方法需要将材料制成净 化器后才能进行整机性能的测试，时间成本与实验成本非常高，并且缺乏对材料性能的前瞻性 预测。徐秋健等人 [8]提出了使用等效洁净空气量这一参数对材料的吸附性能进行评估的方法。 该方法可以通过简单的小型材料实验获得材料关键参数，通过模型计算预测材料的吸附性能。 然而该评价指标仅针对材料的吸附性能，缺乏对热再生过程中的能耗评估。[8] 本研究针对热再生式净化技术，提出一种综合吸附材料的净化性能及再生能耗的评价参数 及评价方法。 2. 评价参数定义 净化材料在吸附净化过程中性能会逐渐下降，使用一段时间后难以对室内进行有效净化。 参考国标《空气净化器》（GB18801-2015 ）对于累计净化量CCM 的定义[7] ，对有效洁净空气 量 Veff 进行定义，如图 1 所示。该参数代表当材料应用于实际净化过程时，从运行初始状态到 其性能下降为初始一次通过效率的50%，即失去有效净化能力的全过程中，所能处理的洁净空 气量，如公式 1。其中，M’(t)为吸附材料在该时刻污染物吸附速率；Ct 为该时刻环境中目标污 肖儒，女，1994.06 ，硕士研究生；通讯地址：100084 ，清华大学旧土木馆 联系方式，xiaoru6585077@163.com 本研究由国家重点研发计划项目（2016YFE0102300）资助 染物的浓度；t 为吸附材料一次通过效率降低到初始一次通过效率 50%的时间。对该参数进行 0 无量纲化如公式 2 ，得到无量纲有效洁净空气量 Veff