室內空氣揮發性有機物研究進展

薛 璐，馬俊杰

(西北大學城市與環境學院，陜西西安 710127)

室內空氣揮發性有機物研究進展

薛 璐，馬俊杰

(西北大學城市與環境學院，陜西西安 710127)

揮發性有機物(VOCs)是主要的室內空氣污染物。主要從室內揮發性有機物的污染現狀出發，重點探討了室內VOCs的模型模擬和VOCs安全限量值的研究，分析了室內VOCs監測和凈化技術，進而，指出目前研究中存在的問題，并提出了今后研究工作的方向。

室內空氣污染；揮發性有機物；研究進展

1 研究背景及意義

室內空氣中揮發性有機物(VOCs)的種類繁多，來源廣泛[1]。建材裝修[2-3]、家具、壁紙、化纖地毯、香水、香煙、廚房油煙[4-10]等日常生活用品以及汽車尾氣、工業廢氣[11-12]等室外污染物都是室內VOCs的重要來源。

揮發性有機物對人體健康危害嚴重。研究表明：若長期處于含有揮發性有機物的環境中，會引起呼吸道毒性、神經毒性、心血管毒性、肝腎毒性、免疫系統毒性并且具有致癌性。研究表明揮發性有機物對新生兒、兒童的生長發育、男性和女性生殖系統疾病和早期的老年癡呆癥都可能產生重要影響[13-19]。因此，研究室內揮發性有機物對改善室內環境和保障人體健康具有重要意義。

2 研究進展

2.1揮發性有機物污染現狀

對室內揮發性有機物污染現狀的研究有助于對它更好地了解并更有效地控制。國內外一些權威機構及學者對室內揮發性有機物進行了一些實例研究。LUYSSEN等對9個歐洲國家的56棟建筑進行了揮發性有機物的測量[20]，結果表明，在建筑物室內總揮發性有機物(TVOCs)的濃度有不同程度的超標現象，并且總揮發性有機物的濃度值與樓層高低有關，低樓層內的總揮發性有機物的濃度值受室外汽車尾氣影響較大，較高樓層內的總揮發性有機物的濃度污染則主要來自裝飾材料和辦公設備的表面揮發物；KRAUSEHE和BRICKUS等分別監測了德國和巴西家庭環境中50多種不同種類揮發性有機物的值，結果表明：甲醛和苯系物是室內主要的揮發性有機物[21-22]；國內的相關研究有：彭燕等、劉建磊、朱孔敏分別對廣州市、杭州市、長沙市的室內家居環境揮發性有機物的現狀做了調查和分析[23-25]；龔幸頤等、董燕分別對北京大學、東北師范大學的室內揮發性有機物的變化規律做了分析和考查[26-27]；另外還有一些學者關注于公共場所的室內揮發性有機物的濃度水平及影響因素。結果表明：城市家居環境、校園環境、辦公建筑集中群以及公共場所中的室內揮發性有機物污染水平具有明顯差異，其中甲醛的污染程度一般為公共場所>辦公建筑集中群>城市家居環境>校園環境。

2.2模擬模型及質量標準研究

2.2.1 模型研究

模擬室內裝飾材料揮發性有機物的擴散、吸附、揮發過程，一般考慮揮發性有機物釋放源的種類及其釋放的規律，以及是否有吞吐物存在(吞吐物指能對源所釋放揮發性有機物的物理吸附和解析、化學分解以及其他損失的材料)。室內裝飾材料揮發性有機物的釋放過程見圖1。

圖1 室內裝飾材料揮發性有機物釋放過程圖Fig.1 VOCs release process of indoor decoration materials

現在經常提到的模型有：單純揮發模式[28]、稀釋模式[29]、蒸氣壓模式[30]以及吞吐效應模式[31]。4種模型的特點、適用條件、應用情況及存在問題見表1。

表1 室內裝飾材料揮發性有機物模型

應當指出的是，對不同狀態的裝飾材料，影響其釋放揮發性有機物的因素也不同。比如：YANG,TOPP等分別模擬了干材料和濕材料的VOCs釋放特征、傳輸過程。結果表明：干材料揮發性有機物主要考慮材料內部的擴散和材料表面的散發，而濕材料釋放揮發性有機物根據使用時間考慮的因素也有所不同，蒸發過程是開始使用濕材料時需主要考慮的因素，隨后擴散代替蒸發變為主要的考慮因素[32-33]。

應當指出的是，目前的各種理論模型的模擬還處在研究初期，大部分還只局限在實驗室內進行。在實際模擬中，應根據裝飾材料的不同選擇合適的模型，對一些隨著使用時間增加釋放的揮發性有機物也不斷變化的材料，應模擬不同時間段的揮發性有機物釋放過程，或者將幾種模式結合起來模擬一種材料釋放揮發性有機物的不同過程，以期使模型得到優化，能夠很好地應用在實際揮發性有機物釋放過程的模擬中。

2.2.2 質量標準

1990年，德國科學家SEIFERT推薦了一套室內揮發性有機物的濃度指導限值[34]；2000年，WHO公布了甲醛、二甲苯和p-二氯苯3種揮發性有機物的指導限值。目前中國室內空氣質量標準參照的是2001年衛生部頒布的《室內空氣質量衛生規范》和2002年國家環保部頒布的《室內空氣質量標準(GB/T 18883-2002)》[35]，但是只規定了甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOCs 5種室內揮發性有機物，對其他的室內空氣揮發性有機物未給出安全限值。因此，有效地測定多種室內揮發性有機物濃度并掌握其安全限值是研究熱點。目前譚和平等對該領域進行了研究，分析了17種常見室內揮發性有機物質，并初步給出了它們的安全限量值，對完善中國室內空氣質量標準具有很大的參考價值[36]。具體新增指標見表2。

現有研究新增了其他室內揮發性有機物的安全限量值，完善了現行GB/T 18883—2002室內空氣質量標準，具有很好的指導意義。應當指出的是，在實際工作中，需對這些揮發性有機物的安全限量值做進一步驗證。

表2 文獻[36]室內揮發性有機物新增指標與GB/T 18883—2002指標對比

2.3監測及凈化技術研究

2.3.1 監測技術

通常用于測定室內揮發性有機物的方法有氣相色譜法(GC) 、高效液相色譜法(HPLC) 、氣質聯用法(GC-MS)。這3種方法各具優勢：氣相色譜法是測定室內揮發性有機物較為成熟的方法，是室內揮發性有機物測定的國家標準方法；高效液相色譜法對樣品的揮發性要求不是很嚴格[37]；而氣質聯用法具有良好的分離能力和定性鑒別能力,經常用于痕量揮發性有機物的檢測[38]。這3種方法的對比結果詳見表3。

國外對室內揮發性有機物的測定還有以傳感器技術為基礎的測定儀，但這些儀器操作復雜，并且價格昂貴，限制了這些測定技術在國內的發展[39]。因此，現階段，如何更準確、方便、快捷地監測室內揮發性有機物成為了研究的焦點。目前較具潛力的是基于光離子化檢測器(PID)制作的監測儀，靈敏度比FID高50～100倍。但德忠課題組利用光離子化檢測器的高靈敏性和高選擇性研究出先進的室內揮發性有機物便攜式快速測定儀，并給出了一定的測定方法和步驟，能夠實時地監測揮發性有機物的變化規律并有效地反映其污染狀況，可以對室內空氣揮發性有機物進行現場快速測定[37，40-41]。但是，現在類似的快速測定儀只是在實驗室中成功監測，并未推廣到市場廣泛使用，未來研究應關注于監測儀器實際應用問題。

表3 3種揮發性有機物監測技術對比

2.3.2 凈化技術

通常用到的凈化技術有：吸附法、吸收法、光催化降解技術、低溫等離子體技術、生物凈化法以及綠色植物自然吸附法等[42-43]。

目前，對凈化技術的研究主要集中在以下4個方面。

1)新型吸附劑及吸附能力的改進研究。近些年已研制出各種新型的活性炭, 如蜂窩狀活性炭、球狀活性炭、活性炭纖維( ACF) 和新型活性炭等[44-45]。許多學者對吸附劑的吸附能力改進展開了探索。例如：AO等對活性炭纖維研究表明，活性炭纖維作為新型吸附劑，具有吸附容量大、吸附速度快等特點[46]，尤其是與光催化相結合對揮發性有機物的凈化更優越；CRESPO等通過實驗證明單層活性炭納米管對于噻吩的吸附能力要優于活性炭[47]。

2)光催化降解技術的研究。目前，利用TiO2納米粒子光催化氧化室內揮發性有機物是目前最具發展前景的室內空氣凈化技術[48-49]。國外通常用TiO2粉末作為光催化劑來降解苯系物[50]，國內于20世紀90年代起開展這方面的研究，有學者分別通過玻璃彈簧負載TiO2薄膜光催化劑、納米TiO2涂料光催化對其性能進行改進，對部分室內揮發性有機物有很好的降解效果[51]。

3)一些技術的聯用研究。有些學者提出某兩種技術的聯用對有機物的降解有促進作用。目前較多的聯用技術有：低溫等離子體技術與光催化技術的聯用、吸附法與光催化技術的聯用。常凈宜采用納米TiO2光催化技術和非平衡等離子體凈化技術，將兩者結合起來對室內空氣中的苯的降解效果進行了研究，實驗證明二者的結合技術優于單一技術[52]；孫劍等研究了多孔吸附劑吸附和納米TiO2光催化聯用技術在不同反應條件下對室內揮發性有機物降解的性能[53]；陳孝云等對TiO2與活性炭聯用后的光降解活性進行了研究，實驗證明二者的聯用技術對苯酚的降解率可達到95%以上[54]。

4)對綠色植物凈化室內空氣的探索。許多研究表明綠色植物對室內揮發性有機物有降解作用，可以降低室內揮發性有機物濃度。目前研究主要集中于植物對甲醛、苯和甲苯的降解作用，但是對室內其他揮發性有機物的研究幾乎沒有。美國航天局(NASA)研究表明：心葉蔓綠絨、鋤葉蔓綠絨、寬葉吊蘭、春羽、蘆薈等植物對甲醛凈化效果較好；洋常春藤、白鶴芋、銀邊朱焦等植物對苯凈化效果較好；國內也有學者選取紅豆杉、美人蕉、八角金盤、茉莉、常春藤、綠蘿、驅蚊草等植物來考察它們對室內甲醛的吸收能力[55]。但是，綠色植物吸收揮發性有機物的機理、吸收后是否會帶來新的污染等問題還有待于進一步研究。

3 結 語

1)從揮發性有機物污染現狀可知，中國的不同室內環境均存在揮發性有機物污染并且污染狀況不同，尤其對家庭室內環境和公共場所室內環境應多關注揮發性有機物污染來源及其種類，以期有效地進行控制揮發性有機物；

2)對于模擬模型研究，目前的模型僅限于實驗室內模擬，在實際模擬中，應合理應用各種模型，以期全面地模擬不同環境、不同時間段內揮發性有機物的釋放規律；

3)在質量標準研究領域，現有研究在現行《室內空氣質量標準》(GB/T 18883—2002)的基礎上，新增了其他室內揮發性有機物的安全限量值，在實際工作指導中，需對這些揮發性有機物的安全限量值做進一步驗證，并進一步開展該領域的研究工作；

4)在室內空氣中揮發性有機物的監測及凈化技術的研究方面，應積極發展快速、靈敏的監測儀器，特別是注重擴大室內揮發性有機物的監測范圍；在注重多種技術聯用的基礎上，應多關注生物技術和植物對揮發性有機物的降解作用。

綜上所述，未來的研究中，在借鑒和吸收發達國家先進經驗的基礎上，系統地開展室內環境空氣中揮發性有機物污染現狀的調查及污染控制技術等方面的研究，工作并重點探求室內各污染物之間的相互影響以及在環境中的遷移轉化規律，以期對人體的健康風險做出評價。

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Research progress of volatile organic compounds of indoor air

XUE Lu, MA Junjie

(College of Urban and Environmental Science, Northwestern University, Xi′an Shaanxi 710127, China)

Volatile organic compounds(VOCs)are the main pollutants of indoor air. The pollution status of indoor air VOCs is introduced. Simulation model and safety value of VOCs are discussed. Furthermore, monitoring and purification technology of VOCs are also analyzed. Finally, the existing problem and development direction of indoor air VOCs in China is provided.

indoor air pollution; volatile organic compounds; research development

1008-1534(2013)05-0371-06

X51

A

10.7535/hbgykj.2013yx0515

2013-03-11;

2013-05-28

責任編輯：王海云

薛 璐(1989-)，女，陜西榆林人，碩士研究生，主要從事環境影響評價及環境規劃方面的研究。

E-mail:xuelusuper@163.com