超聲波對家具板材中甲醛、TVOC擴(kuò)散運(yùn)動的影響研究

謝安杰 蘇云鵬 梁勇 黃璐璐 覃仁港

（廣西分析測試研究中心，廣西 南寧 530022）

【摘 要】隨著生活水平的提高，人們對家居裝飾的美觀要求越來越高。然而，室內(nèi)空氣污染對人體健康造成的危害日益嚴(yán)重，因此尋求一種安全有效的解決方法有著非常重要的意義。文章對家具板材中甲醛、TVOC在超聲波作用下的擴(kuò)散情況進(jìn)行了研究，經(jīng)過計(jì)算分析，證明超聲波的作用可以滿足室內(nèi)空氣治理中安全、快速、有效的要求。

【關(guān)鍵詞】超聲波；擴(kuò)散系數(shù)；安全；快速；有效

【中圖分類號】TS664 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）07-0113-03

在家居裝飾中，板材家具已成為室內(nèi)空氣污染的主要來源。因?yàn)楣に嚨男枰?，板材家具中或多或少都要使用到膠黏劑、涂料，這是甲醛、苯系物、TVOC的主要根源。而這些揮發(fā)物揮發(fā)后主要存在于板材的孔隙與家具的縫隙中。研究這些揮發(fā)物的去除與控制是室內(nèi)空氣治理的關(guān)鍵。

超聲波是指頻率高于20 000 Hz的聲波，是一種機(jī)械波，可在氣體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量，會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。氣體在超聲波的作用下，有效擴(kuò)散系數(shù)大幅度增加。利用超聲波的這些特性，可達(dá)到安全、快速、有效去除家具板材中有害氣體的目的。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

THD-2012D型超聲波發(fā)生器（深圳市太和達(dá)科技有限公司）；換能器（20 K，28 K，68 K，80 K，100 K，128 K）；多參數(shù)分光光度計(jì)（德國WTW phtolab 66UV

-VIS）；氣相色譜儀（安捷倫6 890 N）。

1.1.2 試劑

甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（CH2O）：101μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)號GBW（E）0817011503（北京海岸鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)有限責(zé)任公司）。

甲醇中VOCs標(biāo)準(zhǔn)：1 000 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)號600903（國家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）。

酚試劑[C6H4SN（CH3）C：NNH2·HCl，簡稱NBTH]：AR級，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司。

1.1.3 材料

纖維板（5 cm×15 cm）；氣袋（2 L）；干燥器（4 L）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)一工藝流程如圖1所示。

將纖維板置于干燥器中，底部以20 mL酚試劑為吸收液吸收釋放出來的甲醛，用分光光度法測定甲醛含量。改變超聲波的頻率和作用時間，研究超聲波對板材甲醛釋放量的影響。超聲波發(fā)生器工作的頻率為20、28、68、80、100、128 kHz，時間分別為0、30、50、70 min，然后置于干燥器內(nèi)在25 ℃下恒溫20 h，取5 mL吸收液測定甲醛含量。再用原樣在沒有超聲波作用下恒溫20 h，測定甲醛含量，結(jié)果見表1和表2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成折線圖（如圖2、圖3所示）。

實(shí)驗(yàn)二工藝流程如圖4所示。

將纖維板置于氣袋中，改變超聲波的頻率和作用時間， 研究超聲波對板材中TVOC釋放量的影響. 超聲波發(fā)生器工作的頻率為20、28、68、80、100、128 kHz，時間分別為0、30、50、70 min，然后置于氣袋中在25 ℃下恒溫20 h，測定TVOC含量。再用原樣在沒有超聲波作用下恒溫20 h，測定TVOC含量，結(jié)果見表3和表4。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成折線圖（如圖5、圖6所示）。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲波對甲醛釋放量的影響

結(jié)合表1和圖2可以看出：{1}在作用時間為零時，纖維板的20 h甲醛釋放量平均濃度為12.9 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5。說明在沒有超聲波作用下的時候，纖維板的甲醛釋放量比較穩(wěn)定。{2}經(jīng)過30、50、70 min超聲波作用后，纖維板的20 h甲醛釋放量平均濃度分別為51.7、51.8、52.6 mg/L，說明在超聲波作用下纖維板的20 h甲醛釋放量有大幅的提升，而與作用時間的關(guān)系變化不大。{3}從不同頻率的結(jié)果來看，最大值出現(xiàn)在頻率128 kHz下，濃度分別為53.1、53.3、54.3 mg/L，說明甲醛的擴(kuò)散系數(shù)受超聲波的頻率影響，在頻率128 kHz下擴(kuò)散系數(shù)最大。

結(jié)合表2和圖3可以看出：{1}作用時間為零的纖維板，20 h甲醛釋放量平均濃度為12.2 mg/L，與第一次的12.9 mg/L相比僅減少了0.7 mg/L，說明在沒有超聲波作用下的時候，纖維板的甲醛釋放量比較穩(wěn)定，而且能維持很長的時間。{2}經(jīng)過不同時間、不同頻率超聲波作用后，纖維板的20 h甲醛釋放量平均濃度為0.65 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02，說明經(jīng)30 min以上的超聲作用后，甲醛釋放量基本穩(wěn)定，都處于非常低的水平。

2.2 超聲波對TVOC釋放量的影響

結(jié)合表3和圖5可以看出：{1}在作用時間為零時，纖維板的20 h TVOC釋放量平均濃度為1.6μg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.15。說明在沒有超聲波作用下的時候，纖維板的TVOC釋放量比較穩(wěn)定。{2}經(jīng)過30、50、70 min超聲波作用后，纖維板的20 h TVOC釋放量平均濃度分別為8.6、8.6、8.7 μg/L，說明在超聲波作用下纖維板的20 h TVOC釋放量有大幅的提升，而與作用時間的關(guān)系變化不大。{3}從不同頻率的結(jié)果來看，最大值出現(xiàn)在頻率68 kHz下，濃度分別為8.8、8.8、8.9 μg/L，說明TVOC的擴(kuò)散系數(shù)受超聲波的頻率影響，在頻率68 kHz下擴(kuò)散系數(shù)最大。

結(jié)合表4和圖6可以看出：{1}作用時間為零的纖維板，20 h TVOC釋放量平均濃度為1.6μg/L，與第一次的1.6 μg/L相比并沒有減少，說明在沒有超聲波作用下的時候，纖維板的TVOC釋放量比較穩(wěn)定，而且能維持很長的時間。{2}經(jīng)過不同時間、不同頻率超聲波作用后，纖維板的20 h TVOC釋放量平均濃度為0.03 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.008，說明經(jīng)30 min以上的超聲作用后，TVOC釋放量基本穩(wěn)定，且都處于非常低的水平。

3 結(jié)論

在超聲波的作用下，甲醛、TVOC的擴(kuò)散系數(shù)有大幅的提升，且與超聲波的頻率有關(guān)。應(yīng)用于室內(nèi)空氣治理時，選擇128 kHz的換能器，對甲醛的清除效果最好，選擇68 kHz的換能器對TVOC的清除較好，只要經(jīng)過30 min以上的超聲處理，甲醛清除率達(dá)95%以上，TVOC清除率達(dá)98%以上。用超聲波作為治理室內(nèi)空氣有害氣體的媒介，具有簡單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，不會產(chǎn)生二次污染。其缺點(diǎn)是還不能達(dá)到徹底根除，技術(shù)瓶頸是能量傳導(dǎo)損失。如果能夠有效解決這一技術(shù)瓶頸，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【基金項(xiàng)目】本文系自治區(qū)直屬公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)，項(xiàng)目名稱“超聲波對家具中甲醛、苯、TVOC等污染物加速揮發(fā)性能的研究”（合同編號：2013ACZ02）。

【作者簡介】謝安杰，男，廣西分析測試研究中心助理工程師，從事化學(xué)分析與空氣監(jiān)測工作。