空氣凈化功能瓷磚的VOC降解性能的一種快速檢測方法*

許林峰

(清遠市簡一陶瓷有限公司 廣東 清遠 511500)

近幾年來，功能瓷磚產品的宣傳越來越多，各大瓷磚品牌都陸續推出了自己的凈化功能瓷磚產品。簡一陶瓷利用可見光活性光觸媒，研制出可以降解甲醛的大理石瓷磚，從2018年12月實現穩定量產到現在，一直暢銷。新明珠陶瓷也采用光觸媒為功能原料生產降解甲醛功能瓷磚。以特地陶瓷、新中源陶瓷和東鵬陶瓷為代表的負離子瓷磚，在瓷磚釉層中加入負離子粉生產功能瓷磚，據說也有降解甲醛的功能。還有其他一些企業在瓷磚釉層中加入神奇粉、量子粉等各種功能粉體，都宣稱可以凈化空氣。而暫時沒有推出功能瓷磚產品的企業也在時刻關注或加緊研發。

這些形形色色的空氣凈化瓷磚產品的VOC降解效果怎么樣呢？據筆者了解，他們都有做第三方檢測，不過企業內部很少做功能效果的檢測。很顯然生產企業僅僅只做第三方檢測是不夠的。①原料和產品的檢測頻次太低，無法保證產品的整體質量；②檢測的波動較大，檢測次數太少很難準確反映材料和瓷磚產品的功能效果。據了解只有簡一陶瓷有嚴格的、科學合理的檢測標準。該公司每批光觸媒原料的功能效果都要進行反復多次的抽檢。每個班次下線的瓷磚產品，品管部門都要進行降解甲醛功能效果的抽檢測試。

送第三方檢測很難做到對原料和瓷磚產品進行高頻次的準確檢測，保證原材料和產品的質量。主要的原因有4個方面：

(1)送檢周期長，一般從送樣到檢測結果出來大概需要一個月。

(2)檢測費用高，不同的檢測中心收費不同，一般一個數據收費為1 000～2 000元。

(3)不同檢測中心的檢測數據差異很大，比如“廣東省微生物分析檢測中心”檢測的功能瓷磚的甲醛去除率數據遠遠大于“國家室內車內環境及環保產品質量監督檢驗中心”檢測的數據。前者檢測的甲醛去除率數據多數為80%～90%，而后者檢測的數據不會超過40%。

(4)無法區分甲醛是被降解還是被吸附。因為無論是降解，還是吸附都可以引起空間甲醛濃度的下降。因此根據第三方檢測報告，企業并不能宣稱自己的產品具有降解甲醛的功能。

考慮到企業對功能性原料和瓷磚產品自檢的需要，以及送第三方檢測存在的局限性，制定出一套科學合理的，易操作的，每個企業可以自己獨立完成的檢測方法是非常重要的。這項工作對于瓷磚企業保證現有降解VOC功能產品的生產品質、研制更高效可靠的產品、以及該領域更加健康的發展都有重要的意義。

筆者主要是介紹一種裝置簡單、操作簡便、檢測周期短、檢測成本低、重復性好的檢測方法，包括檢測裝置、檢測設備、檢測步驟和規范，注意事項和故障排除，用于評價VOC降解功能瓷磚產品的降解性能。下面對這套檢測方法進行詳細的介紹。

1 檢測原理

1.1 什么是VOC？

來自搜狗百科的介紹：世界衛生組織(WHO，1989)對總揮發性有機化合物(TVOC)的定義為，熔點低于室溫而沸點在50～260 ℃的揮發性有機化合物的總稱。簡單的講VOC就是揮發性有機化合物。

1.2 VOC的降解反應式？

VOC屬于有機物，那么在一定條件下，如高溫、燃燒、光催化作用、強氧化劑作用等，會發生分解或氧化分解反應。分解的產物主要是二氧化碳和水，也可能產生其它的氮氧化物或硫氧化物等[1]。

1.3 如何檢測VOC被降解？

根據上面的反應式，VOC 在一定條件下被降解，將產生二氧化碳。而采用精密的二氧化碳檢測儀，可以在一個密閉的空間里，檢測出二氧化碳濃度的變化。那么，如果二氧化碳的濃度有明顯的升高，說明VOC已經被降解。如果二氧化碳的濃度基本沒有變化，在正常范圍內波動，那就說明VOC沒有被降解或降解不明顯。

1.4 為什么檢測二氧化碳比直接檢測VOC更合理？

原因有：①VOC會吸附于檢測樣品的表面，有的樣品吸附能力還很強，導致VOC的直接檢測變得復雜。很難判斷VOC濃度的下降是降解引起的，還是吸附引起的。而二氧化碳的檢測就排除了吸附的影響，因為只有VOC被降解才能引起二氧化碳濃度的上升；②VOC是統稱，不同的物質需用不同的檢測儀，導致檢測變得復雜。而檢測二氧化碳只需要一個二氧化碳檢測儀就可以檢測所有的VOC。

2 檢測裝置

圖1為測試玻璃箱的結構尺寸圖。圖1設計的尺寸只是建議尺寸，實際尺寸可以根據需要進行修改。玻璃箱由2部分構成，箱體和蓋子，均是玻璃材質。箱體的結構比較簡單，用玻璃膠將玻璃片牢固粘結起來形成箱體結構，密封性一定要做好。玻璃蓋的結構相對要復雜一點，如圖1(2)所示，玻璃蓋上鉆有3個孔，兩大一小。兩個大孔用于燈頭的安裝，位于玻璃箱的兩側；中間的小孔用于在檢測時將VOC注射到玻璃箱中，小孔用玻璃膠完全密封。

(1)箱體(6面)，材質為無極玻璃，玻璃膠選透明，涂膠方式由外向內；(2)玻璃厚度為10 mm；圖中頂板大孔為直徑36 mm，數量2個(安裝E27螺口燈頭)；圖中頂板小孔為直徑55 mm(中心位置)，數量1個。

圖2為玻璃箱的實物圖。

圖2 玻璃箱的實物圖Fig.2 Physical picture of the glass box

從圖2可以看出，燈頭嵌在玻璃蓋的兩個大孔正中，已用玻璃膠嚴格密封。中間的小孔也用玻璃膠塞住，避免漏氣。最值得注意的是在玻璃蓋和箱體的接觸位置，需貼好密封條，使玻璃蓋和箱體的結合性好，確保整個裝置具有優良的氣密性。

燈泡建議使用功率10～20 W左右的白熾燈，可以同時使用2只燈泡。不建議使用大功率的燈泡，因為功率太大將導致玻璃箱內溫度上升過高，影響檢測結果。

該裝置既可以檢測VOC降解引起的二氧化碳濃度的變化，也可以檢測VOC本身濃度的變化。檢測的方法類似，只是采用的檢測設備不同，在后面的檢測步驟敘述中會有說明。

3 檢測設備

圖3為TEL-7001D型二氧化碳檢測儀(美國全進口，上海聚宏儀器設備有限公司)。甲醛檢測儀的型號較多，可以由讀者自行選擇購買精度較高的檢測儀。

圖3 二氧化碳檢測儀的實物圖Fig.3 The physical picture of the carbon dioxide detector

4 檢測步驟和規范

VOC降解產生二氧化碳濃度檢測的步驟和規范如下：

(1)將待檢瓷磚樣品切成適合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱將瓷磚烘干、冷卻。3片立于玻璃箱的側面，留一側面用于觀察，一片鋪在玻璃箱的底部。

(2)將二氧化碳檢測儀放置于玻璃箱底部的瓷磚上，啟動。

(3)將燈泡擰入玻璃蓋上的螺紋燈頭內，然后將玻璃蓋與玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏氣。非光催化功能瓷磚，可以不用燈泡。

(4)將甲醛或其它的VOC樣品用注射器通過玻璃蓋上的注射孔注入玻璃箱內，加入量一般0.5 mL。

(5)待二氧化碳檢測儀的讀數穩定之后，插上電源，點亮燈泡，開始記錄數據。非光催化功能瓷磚的檢測，也要待二氧化碳檢測儀的讀數穩定之后，才能開始記錄數據。

(6)每10 min記錄一次二氧化碳的濃度數據，至少檢測120 min。

(7)如果結果存在異常，可以再重新檢測一次。

甲醛去除率檢測的步驟和規范如下：

(1)將待檢瓷磚樣品切成適合玻璃箱的尺寸大小，共4片，用烘箱將瓷磚烘干、冷卻。3片立于玻璃箱的側面，留一側面用于觀察，一片鋪在玻璃箱的底部。

(2)將甲醛檢測儀放置于玻璃箱底部瓷磚上啟動。

(3)將燈泡擰入玻璃蓋上的螺紋燈頭內，然后將玻璃蓋與玻璃箱合上，密封好，不留任何空隙，防止漏氣。非光催化功能瓷磚，可以不用燈泡。

(4)將甲醛氣體樣品用注射器通過玻璃蓋上的注射孔注入玻璃箱內，加入量一般20～40 mL。

(5)插上電源，點亮燈泡。

(6)24 h后記錄甲醛的濃度數據(可以根據需要自行設定檢測時間)。

(7)如果結果存在異常，可以再重新檢測一次。

(8)對空白瓷磚樣品進行同樣的處理和檢測步驟。

(9)計算甲醛去除率。

對于功能性原材料的檢測，可以將原材料漿料涂布到玻璃表面，烘干。然后按照上面的檢測步驟進行檢測，判斷原材料的性能優劣。

5 注意事項和故障排除

為了保證檢測的準確性，有些常遇到的細節問題需要注意：

(1)切割好的瓷磚樣品不能直接用于檢測，必須先清潔再烘干。

(2)玻璃箱必須清潔干凈，保持干燥。

(3)檢測時不要圍觀，影響二氧化碳檢測儀工作。

(4)如果是檢測甲醛的去除率，注意不能注入液體甲醛樣品，會超出檢測儀的量程，導致爆表。這時只能注入20～40 mL的氣體樣品。注射器插入甲醛瓶蓋抽取甲醛氣體，注意針尖不能伸入甲醛液體中。

(5)遇到檢測儀的異常問題，可以將其置于通風的地方啟動運行一段時間，再不行就得寄回廠家校正。

筆者介紹的檢測方法適用于企業的快速自檢，可以檢測VOC的去除率，最重要的是可以通過對二氧化碳的檢測判斷VOC是被吸附還是被降解。同時通過二氧化碳濃度變化幅度的大小，估計原材料或瓷磚對VOC降解性能的優劣。目前，市場上售賣的功能性粉體有不少，質量良莠不齊。二氧化碳檢測法可以幫助企業定性的判斷這些材料是否真的能夠降解VOC，以及降解性能的優劣。這套檢測方法在簡一陶瓷實際應用超過3年，主要用于原材料的篩選、來料檢測和產品的下線檢測。實踐證明，這套檢測方法具有很好的可靠性和實用性。