一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法及其抑制效果预测方法技术

本发明专利技术公开了一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法。该方法通过向建材中均匀掺混吸附剂颗粒对VOC散发进行源头控制；通过建立掺混吸附剂后建材VOC散发关键参数的理论模型，可对其VOC散发抑制效果进行预测；通过数值模拟分析建材内掺混不同种类及比例吸附剂后的VOC散发浓度发现，吸附剂分离系数越高，其抑制效果越显著。本发明专利技术可有效预测掺混吸附剂后建材VOC散发特性，为指导低散发建材的开发应用及室内空气质量控制方式的选择提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法及其抑制效果预测方法
本专利技术属于室内环境质量检测
，特别涉及一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法。
技术介绍
现代社会的城市居民约90％的时间都在室内度过，而行动不便的人、老人、婴儿等弱势敏感人群在室内度过的时间更多，因此室内空气质量成为影响人们健康的越来越重要的因素。与此同时，随现代室内装潢的发展，大量使用人造建材导致室内VOC散发的源头迅速增多，对居民健康造成了极大影响。当前室内建材VOC散发控制方法主要是空气净化法与通风稀释法。常用的空气净化方法有吸附法、吸收法、光催化氧化法及离子化法，吸附法随吸附量不断增加，最终将因饱和而失去对室内空气的净化作用，甚至导致二次污染；光催化氧化法及离子化法净化过程中易产生有害副作物，且净化范围有限。通风稀释引入室外新风，不仅直面室外污染，而且增加采暖及空调能耗，与节能理念相悖；新风机组虽然避免引入室外污染，但初投资及运行能耗都较高。因此，由于室内环境对居民健康的影响以及现有控制方案的种种弊端，如何找到一种方法抑制人造建材VOC的散发，成为了迫在眉睫的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，在建材的生产过程中，不影响其强度等物理性能的前提下添加一定比例的吸附剂，改变材料原有的散发特性，从而减缓建材VOC的散发速率，从源头抑制建材VOC散发，同时其工艺较为简单，成本低廉，因此对控制室内VOC浓度、研发低散发建材具有重要的工程意义。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，将吸附剂均匀掺混至建材内。掺混吸附剂的体积比例宜在5％以内，以使得掺混后的建材满足力学性能要求。所选吸附剂原料广泛、可再生、力学性能良好，具体选择可以为木质活性炭、果壳活性炭、高锰酸钾浸渍氧化铝、沸石、硅胶等。所述吸附剂按照适宜的比例与建材生产所需的木制纤维及胶粘剂等原材料进行均匀掺混。本专利技术还提供了一种所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法的抑制效果预测方法，通过建立散发关键参数理论模型进行预测，主要包括以下内容：1)建立掺混吸附剂后建材VOC表观分离系数Km′的预测模型：Km′＝φ+φpKp+φqKq式中，Kp为建材骨架的分离系数；Kq为吸附剂骨架的分离系数；φp为掺混吸附剂后建材内木质颗粒骨架所占的体积比例，φq为添加吸附剂后建材内吸附剂骨架所占的体积比例，φ为原建材的孔隙率，φad为吸附剂的孔隙率，Vma为建材体积，单位m3；Vad为吸附剂体积，单位m3；2)大多数吸附剂中微孔所占比例较高，因此在建材中掺混少量吸附剂对主传质通道不会产生显著影响，可忽略有效扩散系数的变化。掺混吸附剂后建材VOC表观扩散系数Dm＇为：式中，φ’为添加吸附剂后建材的总孔隙率，3)将吸附剂添加至建材内，由于其吸附势能较建材骨架的吸附势能要强，原建材内的VOC分子会被不断转移至吸附剂内，吸附剂的VOC浓度会不断上升，而原建材内的VOC浓度则呈下降趋势，从而建材内的初始可散发浓度达到一个新的稳定状态。掺混吸附剂后的建材的初始可散发浓度Cm0′为：式中，Cm0为原建材VOC初始可散发浓度，单位mg/m3，Cm0＝φ′+φpCp0+φqCq；Cq为建材内VOC吸附作用达到平衡状态时吸附剂内的VOC总浓度，Cp0为建材骨架内的VOC可散发浓度，其中，Ap、Aq为由建材-VOC工质对物理性质决定的常数；Cq0为吸附剂的初始可散发浓度，其中k为玻尔兹曼常数；εq为吸附剂内的气体分子受到的平均吸附势能，其中T为热力学温度、NA为阿佛加德罗常数、R为通用气体常数。可见，吸附剂具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、对吸附质存在极强的选择吸附能力，其优异的吸附性能可对VOC分子形成有效的吸附及固定。将一定比例的吸附剂均匀掺混至建材中将对其散发特性产生极大地影响。同时，为提高抑制效果，宜选用分离系数较高的吸附剂。现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术从源头控制建材VOC散发，改善整个室内环境，无毒害副产物。(2)本专利技术无需额外能耗，省去了日常运行管理费用。(3)本专利技术在建材全寿命周期内对其VOC散发有持续良好的控制效果。(4)本专利技术可预测掺混吸附剂后建材全寿命周期内的VOC散发特性，利于指导低散发建材的开发应用，并为室内空气质量控制方式的选择提供理论依据。附图说明图1为建材均匀掺混吸附剂示意图。图2为建材甲醛散发模拟环境示意图。图3为实施例中建材掺混吸附剂后VOC散发关键参数的变化示意图。图4为密度板均匀掺混吸附剂在密闭环境下甲醛平衡浓度示意图。图5为密度板均匀掺混吸附剂在通风环境下甲醛峰值浓度示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，如图1所示，将吸附剂1与建材2生产所需的木制纤维及胶粘剂等原材料进行均匀掺混。掺混吸附剂的体积比例宜在5％以内。本专利技术还提供了一种所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法的抑制效果预测方法，通过建立散发关键参数理论模型进行预测，主要包括以下内容：1)将吸附剂按一定比例掺混至原建材，掺混吸附剂后建材孔隙率为：式中，φ′为添加吸附剂后建材的总孔隙率；φ为原建材的孔隙率；φad为吸附剂的孔隙率；Vma为建材体积，m3；Vad为吸附剂体积，m3。若已知Kp为建材骨架的分离系数，Kq为吸附剂骨架的分离系数，则掺混吸附剂后建材表观分离系数为：Km′＝φ+φpKp+φqKq(2)式中，φp为掺混吸附剂后建材内木质颗粒骨架所占的体积比例，φq为添加吸附剂后建材内吸附剂骨架所占的体积比例，2)忽略添加少量吸附剂所引起的有效扩散系数的变化，掺混吸附剂后建材表观扩散系数为：3)掺混吸附剂后原建材内的VOC分子会被不断转移至吸附剂内，吸附剂的VOC浓度会不断上升，原建材内的VOC浓度下降。当吸附剂与建材吸附相的VOC浓度平衡时，有：式中，Cq为建材内VOC吸附作用达到平衡状态时吸附剂内的VOC总浓度，在常温下只有部分VOC分子可脱离吸附势能场转换为游离态的吸附质分子，这部分VOC即为吸附剂的初始可散发浓度，由下式进行计算：式中，εq为吸附剂内的气体分子受到的平均吸附势能，同理，吸附剂内的VOC可散发浓度与建材骨架内的VOC可散发浓度之比为：掺混吸附剂前后建材内VOC的初始可散发浓度遵循质量平衡方程：Cm0＝φ′+φpCp0+φqCq(7)将式(4)代入式(7)，即可得到建材骨架内VOC可散发浓度为：掺混吸附剂后的建材初始可散发浓度为：Cm0′＝φ′+φp0Cp0+φqCq0(9)假设Cq0<Cp0，由于φp＞＞φq，因此忽略φqCq0，即不考虑添加的少量吸附剂的初始可散发浓度，将(8)代入(9)即可获得：下面以建材甲醛散发为例对本专利技术作进一步说明。(1)环境条件如图2所示环境测试系统，温度23℃，相对湿度45％，建材表面风速0.3m/s。(2)建材选用密度板，尺寸为710×705mm，孔隙率为55.92％，利用多气固比法获得(1)中实验条件下其甲醛的初始可散发浓度Cm0为20905mg/m3；分离系数Km为2681；扩散系数Dm为2.72×10-10m2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，将吸附剂均匀掺混至建材内。

【技术特征摘要】
1.一种均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，将吸附剂均匀掺混至建材内。2.根据权利要求1所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，所述吸附剂为可再生吸附剂，其力学性能使得掺混后的建材满足建筑力学性能要求。3.根据权利要求1所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，所述吸附剂为木质活性炭、果壳活性炭、高锰酸钾浸渍氧化铝、沸石、硅胶等。4.根据权利要求1所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，所述吸附剂掺混的体积比不高于5％。5.根据权利要求1所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法，其特征在于，所述吸附剂与建材生产所需的木制纤维及胶粘剂原材料进行均匀掺混。6.权利要求1所述均匀掺混吸附剂建材的VOC源头抑制方法的抑制效果预测方法，其特征在于，通过建立散发关键参数理论模型进行预测，主要包括以下内容：1)掺混吸附剂后建材VOC表观分离系数Km′为：Km′＝φ+φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓骏，马瑞雪，王新轲，王沣浩，王志华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61