空氣凈化器去除甲醛測試方法探究

周卓為，馬向東，葉智堅，楊永強，魏洪昭

(廣州中科檢測技術服務有限公司，廣東 廣州 510650)

1 引言

21世紀以來，我國經濟快速發展，人們為了追求居住環境的便利性和舒適性，室內裝飾裝修越來越豪華，各種各樣新型建材的廣泛使用，導致室內環境污染問題越來越嚴重。

我國室內環境監測中心及健康醫療中心總結的數據表明，甲醛、苯、氨及放射性4類污染是造成室內環境污染的主要因素，其中甲醛為污染之首[1]。國際癌癥研究機構(IARC)已確認甲醛為第1類人類致癌物質，還可能誘發兒童白血病[2]，世界衛生組織于2010年發布《室內空氣質量指南》，首次對危害身體健康的室內有毒氣體作量化標準進行公布，并提出甲醛作為室內主要污染物，其安全標準為0.10 mg/m3[3]。也有研究表明甲醛的釋放長達3～15年之久[4]，所以去除室內空氣中甲醛是一項長期而艱巨的任務。

為了提高室內空氣質量水平，需要使用空氣凈化器對室內空氣進行凈化，但是目前市面上空氣凈化器種類繁多，質量良莠不齊，目前評價空氣凈化器性能的標準為《空氣凈化器》(GB/T18801-2015)[5]，其中潔凈空氣量(Clean Air Delivery Rate，CADR)為評價空氣凈化器性能的主要指標，其實際含義為潔凈空氣輸送的速率，該標準中并未提到空氣凈化器對化學污染物的去除率的測試。選用甲醛作為目標污染物，采用《空氣凈化器》標準中“衰減法”測試A品牌空氣凈化器甲醛凈化效果，也采用法國標準(NF B44-200)風道系統測試臺的“過濾效率法”，測試A品牌空氣凈化器核心部件(過濾網)的單次過濾效率，并分析在不同測試模式下該凈化器所凈化甲醛的量。

2 實驗

2.1 實驗設備

風道系統測試臺，廣州澳企實驗室技術股份有限公司；30 m3試驗艙，廣州澳企實驗室技術股份有限公司；智能皂膜流量計，7030型，青島嶗應環境科技有限公司；空氣采樣泵，2020型，青島嶗應環境科技有限公司；紫外可見分光光度計，752N，上海儀電分析電器有限公司；空氣凈化器，A品牌。

2.2 材料與試劑

10 mL大型氣泡吸收管；10 mL具塞比色管；甲醛溶液(36%～38%)；水中甲醛溶液標準物質100 μg/mL(GBW081701)；酚試劑吸收液(0.05 g/L)；硫酸鐵銨(10 g/L)。

2.3 實驗內容

2.3.1 甲醛標準曲線

首先將100 μg/mL的甲醛標準溶液用純水稀釋至10 μg/mL，然后取該溶液10.0 mL放入100 mL容量瓶中，再加入5 mL 1.0 g/L的酚試劑，用水定容至100 mL，放置30 min后，用于配制標準色列管。取10 mL具塞比色管，按表1繪制甲醛標準曲線。

表1 甲醛標準系列

在各管中加入0.4 mL硫酸鐵銨溶液搖勻，放置15 min。在630 nm波長下測定各管溶液吸光度。以甲醛含量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，并計算其斜率，以斜率倒數作為樣品測定的計算因子Bs(μg/吸光度)[7]。

2.3.2 “衰減法”測試甲醛凈化效果

(1)對照組測試。30 m3試驗艙如圖1(a)所示，開啟高效空氣過濾器，凈化試驗艙內空氣，啟動試驗艙內溫濕度調控裝置，使室內溫度和相對濕度達到規定狀態。然后于試驗艙內發生甲醛氣體，使艙內濃度達到1.0 mg/m3左右，待試驗艙內氣體攪拌均勻后，采集初始濃度，開始計時，實驗過程中，每5 min采集1次，全部采樣時間為60 min。

(2)樣品組測試。實驗準備過程參照對照組，待試驗艙內氣體攪拌均勻后，采集初始濃度，開啟待測試空氣凈化器，實驗過程中，每5 min采集1次，全部采樣時間為60 min。

2.3.3 “過濾效率法”測試甲醛凈化效果

(1)對照組測試。風道系統測試臺如圖1(b)所示，調試風道系統測試臺，采集背景濃度，當風量穩定后，開始發生污染物，在不安裝過濾器的條件下，同時采集上下游6組污染物濃度，然后停止發生污染物，用潔凈空氣吹掃試驗臺，待試驗臺的濃度低于背景濃度時，停止實驗。

(2)樣品組測試。實驗準備過程參照對照組，將空氣凈化器活性炭濾網安裝至風道系統上，當風道的風量穩定后，開始發生污染物，同時采集上下游6組污染物濃度，然后停止發生污染物，用潔凈空氣吹掃試驗臺，待試驗臺的濃度低于背景濃度時，停止實驗。

圖1 30 m3試驗艙(a)、風道測試系統(b)

3 結果與討論

(1)甲醛標準曲線。分別對0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5 μg和2.0 μg標準系列濃度進行測定，測試數據如表2所示。

表2 甲醛標準工作曲線測試數據

以甲醛含量m(μg)為橫坐標，吸光值A為縱坐標繪制標準曲線，標準曲線圖見圖2。

圖2 甲醛標準曲線

(2)“衰減法”測試甲醛凈化效果見表3。

自然衰減率公式為：

(1)

式(1)中：Nt為自然衰減率，%；C0為對照組試驗艙內初始甲醛濃度，mg/m3；Ct為t時刻對照組試驗艙內甲醛濃度，mg/m3。

去除率公式為：

(2)

由公式(2)得在30 m3試驗艙內，60 min內試驗艙內甲醛濃度由1.02 mg/m3下降到0.01 mg/m3，去除率為98.93%。

(3)“過濾效率法”測試甲醛凈化效果見表4、5。

過濾效率公式為：

(3)

式(3)中：η為過濾效率，%；C1為上游平均濃度，mg/m3；C2為下游平均濃度，mg/m3。

去除率公式為：

k′=η2-η1

(4)

式(4)中：k′為去除率，%；η1為對照組過濾效率，%；η2為樣品組過濾效率%。

由公式(4)計算得該過濾網單次過濾效率k′=52.69 %。

(4)分析討論。“衰減法”累積甲醛去除量公式為：

(5)

“過濾效率法”累積甲醛去除量公式為：

m2=Q×k′×C1×t

(6)

式(6)中：m2為tmin過濾網所累積的甲醛量，mg；Q為風道測試風量，m3/h；k′為去除率，%；C1樣品組上游平均濃度，mg/m3；t為測試時間，min。

表3 對照組測試數據

注：采樣速率：0.5 L/min；采樣時間：4 min

表4 對照組測試數據

表5 樣品組測試數據

注：風道測試風量：300 m3/h；采樣速率：0.5 L/min；采樣時間：4 min

采用“衰減法”在30 m3試驗艙，測試A品牌空氣凈化器的整機對甲醛的去除能力，以及采用“過濾效率法”在風道系統測試臺測試該品牌空氣凈化器核心部件“過濾網”對甲醛的去除能力，兩種測試方式60 min甲醛去除率如圖3所示。

圖3 衰減法與過濾效率法60 min甲醛去除量

由于“衰減法”在密閉的30 m3試驗艙內進行測試，甲醛總濃度一定，隨著空氣凈化器的運行時間延長，最終該空氣凈化器的甲醛去除量趨于穩定，由公式(5)得60 min甲醛去除量為30.2 mg；然而在風道系統中，由于甲醛污染物為低濃度持續發生，由公式(6)得60 min內過濾網所累積的甲醛量僅為64.2 mg，其性能并未發生大的變化，所以在60 min“過濾效率法”依然保持不變。