吸附剂合成工艺研究论文

建筑装饰材料挥发性有机物及去除设备研究现状Review of researches on VOCs emission and their elimination1 挥发性有机物及其对人体健康的影响挥发性有机化合物（VOC）是指环境监测中以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类物质的总称，其中包括含氧烃类、含卤烃类，广义场合包括甲烷、丙烷、氯烃、氟烃及醇、醚、酯、酮、醛等含氧烃、胺等含氮烃、二硫化碳等含硫烃。通常按沸点的范围把有机化合物分为极易挥发性有机物（VVOC），挥发性有机物（VOC），半挥发性有机物 （SVOC）和与颗粒物质或颗粒有机物有关的物质（POM）等4类。有些有机化合物不能包括在以上的分类中。这是由于这些化合物（如甲醛和丙烯酸）因其反应性或对热的不稳定性不易从吸附剂上回收或用气相色谱法进行分析。挥发性有机物对人体的影响主要表现在感官效应和超敏感效应，包括感官刺激，感觉干燥，刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮肤等，挥发性有机化合物很容易通过血液到大脑，从而导致中枢神经系统受到抑制，人人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉；醇、芳得烃和醛能刺激黏膜和上呼吸道；很多挥发性有机化合物如苯、甲氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯和甲醛等被证明是致癌物或可疑致癌物。Molhave依据室内VOC对人体的影响不同，对其浓度进行了划分[1]，该划分原则通常作为权威引用或作为指导，并在美国ASHRAE标准62-1989R中得到应用，他的划分原则见表1。表1 VOC浓度与人体反应浓度范围/ug/m3 人体反应<200 舒适200～3000 可能抱怨3000～25000 抱怨>25000 有毒2 现有建筑中挥发性有机物的情况中国华西医科大学公共健康学院1995年冬天对刚装修的两个居民房进行了两个半月的VOC测量，发现这些房中产生不同程度的甲醇、乙醇、戊烷、已烷、苯、庚烷、环已烷、甲苯、二甲苯、乙基苯[2]。其中最主要的有机物是甲醇，苯，甲苯和二甲苯。中国预防医学科学院环境卫生监测所对一个办公室空气污染进行测量，发现办公室内主要有机物是苯、甲苯、二甲苯、乙苯和甲醛，浓度从到 mg/m3。美国环保局（EPA）通过对16个建筑的随机抽样调查发现，有4个建筑中的VOC浓度超过了 mg/m3。欧洲对9个国家的56栋建筑进行了室内VOC浓度的测量[3]，发现有22栋建筑中VOC浓度超过 mg/m3。文献[4]指出日本住宅中的有机物浓度为～ mg/m3。文献[5]指出瑞典公寓中VOC浓度为 mg/m3，居民家庭中为 mg/m3。文献[6]指出英国综合建筑中VOC浓度为 mg/m3。从上述调查情况可以看出，目前室内VOC污染状况是比较严重的。3 不同建筑装饰材料挥发性有机物的散发量测量为了从污染源上控制VOC的产生，国内外很多单位都对建筑装饰材料的VOC散发情况进行了测量。文献[7]对中国生产的8种室内材料即酸漆、黑漆、地板清洁剂、地板蜡、空气清新剂、地毯背面粘接剂、墙约、墙纸粘接剂和彩色墙纸进行了测量，发现其散发的VOC有3～30种。文献[8]指出了TVOC的最大传和其衰减度随着材料的不同而不同，流态物质如油漆、清漆和地板油的衰减度最大。EPA做了实验来确认各种室内污染源的散发量，同时确认各种因素对散发量的影响[9]，这些因素包括温度、相对湿度、空气变化及小室负荷。结果表明，空气换气次数对散发量尤其是湿材料的散发量有很大的影响。文献[10]对37种典型的加拿大民用住宅所使用的建筑装饰材料发散的VOC进行了测量，得出了这些材料的VOC数据库。目前世界上已有3个体积为55 m3 (5m×4m×)的实验室用于研究建筑装饰材料的VOC产生量，它们分别是IRC/NRC①，NRMRL/USEPA②和CSIRO/Austrlia③，这些实验室均用不锈钢制作，具有加热、通风、空气调节系统，能够控制室内各种参数。为了使各实验室所测得的数据有可比性及可靠性，欧洲已经建立了对室内污染物测量方法、选样方法、数据分析方法、结果整理方法等统一的协定方案[11]。4 建筑装饰材料VOC散发标准的制定和材料的分类目前我国国家质检总局已颁发了《室内装饰装修材料有害物质限量》10项强制性标准，从2002年7月1日开始的散发量作了规定[12]。北欧国家根据普通材料最大的VOC散发量为40，100和数百ug/(m2·h)，将材料分为MEC-A（低挥发性材料），MEC-B（中挥发性材料）和MEC-C（高挥发性材料）3类[13]。美国EPA现在做出了污染源分类数据库，这个数据库含有材料的VOC散发量及毒性[14]。5 挥发性有机物散机理的研究挥发性有机物的散发率通常由以下两个过程决定[15]：①材料内部的扩散；②材料表面到周围空气的散发。材料内部的扩散是浓度梯度、温度梯度及密度梯度共同作用的结果。每种化合物都有自己的质扩散系数，与其相对分子质量、分子体积、温度及与被扩散的物质特性有关。表面散发由几种机理共同作用，包括蒸发和对流。对于表面散发而言，VOC的散发率会受到空气中浓度、气流速度及温度的影响[16，17]。根据材料的不同，VOC的产生率可能由上述一个或两个因素起决定作用。根据散发机理的不同，室内建筑装饰材料的散发模型，总体上可分为两类即经验模型和物理模型。6 挥发性有机物去除机理和去除设备的研究目前人们主要集中研究活性炭和光触媒设备对VOC的去除特性。吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，这些作用力分为两大类--物理作用力和化学作用力，它们分别引起物理吸附和化学吸附。物理吸附是可逆过程，只能暂阻挡污染而不能消除污染。而化学吸附是不可逆的过程，是挥发性物质的分子与吸附剂起化学反应而生成非挥发性的物质，这种机理可使得低沸点的物质如甲醛被吸附掉。活性炭是最常用的吸附剂，它对许多VOC都是很有效的，但对甲醛作用很小。已有的研究成果表明活性炭对芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附，如对苯的吸附优于对环已烷的吸附；对带有支键的烃类物质的吸附优于直键烃的吸附；对相对分子质量大、沸点高的化合物的吸附总是高于相对分子质量小、沸点低化合物的吸附；空气湿度增大，则可降低吸附的负荷；吸附质浓度越高，则吸附量也越高；吸附量随温度升高而下降；吸附剂内表面积愈大，吸附量越高。浸了高锰酸钾的氧化铝（PIA）对甲醛及低浓度的醛和有机酸有很高的去除效率。所以PIA经常与活性炭联合起来使用以提高过滤器的效率。目前美国市场上有3种化学过滤器，都是用活性炭作为吸附剂的[18]，第1种是V字型装有大颗粒的活性炭，第2种是折边型装有小颗粒的活性炭，第3种是折边型的活性炭编织物过滤器，效率为40%～80%，当风速为时阻力为约100Pa。光触媒设备是以N型半导体的能带理论为基础，N型半导体吸收能量大于或等于禁带宽度（禁带能量）的光子（hv）后，进入激发状态，此时价带上的受激发电子路过禁带，进入导带。同时在价带上形成光致空穴。可以用作光催化剂的N型半导体种类繁多，有TiO2，ZnO， Fe2O3，CdS和 WO3等。由于TiO2的化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，加之TiO2无毒、成本低，所以被广泛用作光催化氧化反应的催化剂。TiO2的禁带宽度（Eg）为，当用波长小于387nm的光照射TiO2时，由于光子的能量大于禁带的宽度，其价带上的电子被激发，跃过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴。光致空穴h 具有很强的捕获电子的能力，而导带上的光致电子e-又具有高的活性，在半导体表面形成了氧化还原体系。利用光致空穴h 和光致电子e-与空气中的水分和氧气相互反应产生的具有高浓度活性的氢氧游离基·OH，可氧化各种有机物质并使之矿化。如下所示：有机污染物的降解机理与其分子结构有关，分子结构不同其降解机理及途径也有差异。Hashimoto等研究了脂肪族化合物的光催化降解机理，认为脂肪烃先于·OH生成醇，并进而氧化为醛和酸，终生成二氧化碳和水[19]。文献[20]指出TiO2光催化反应中，一些芳得族化合物的光催化降解过程往往伴随着多种中间产物的生成。目前，对于各类芳香族化合物的光催化降解机理研究还很不完备，初步研究认为其主要降解机理还是在·OH基的作用下，芳香环结构发生变化，并进一步开环，从而逐步被氧化，最终矿化为二氧化碳、水及小分子无机物。对室内甲醛和甲苯的研究表明，污染物光催化氧化与其浓度有关，质量数在1×10-4以下的甲醛可完全被光催化分解为二氧化碳和水，而在较高浓度时，则被氧化成为甲酸。高浓度的甲苯光催化降解时，由于生成的难分解的中间产物富集在TiO2周围，阻碍了光催化反应的进行，去除效率非常低，但低浓度时TiO2表面则没有中间产物生成。文献[21]对非均相光催化技术在室内空气品质控制方面的应用进行了研究。指出光催化氧化技术室内空气中低浓度的VOC有着良好的效果。光催化氧化设备可进行模块化设计，而且气体通过时压力降低可忽略不计，这样很容易加装到中央空调空调的系统中去。美国新泽西州的通用空气技术（UAT）公司已开发生产了落地式及管道式光催化空气交净化与消毒设备[22]。尽管许多厂家都在研制VOC去除设备，但对于室内多种有机物污染并存的情况，如何描述这些设备的性能及如何用于实际工程中，则是亟待解决的问题。7 结语7．1 国内外实测结果表明，目前许多建筑中存在VOC污染。国内这方面的研究刚起步，建议有关部门应规范现有建筑装饰材料，根据有关规范要求，尽快建立建筑装饰材料VOC数据库。7．2 为了评估建筑装饰材料对室内带来的挥发性有机物，应考虑实际房间中多污染源的问题，通过建立合理的房间污染模型来切实指导空调系统的设计运行和维护。7．3 针对目前国内外空调房间存在挥发性有机物的污染的问题，应该改变空调系统设计方法即从设计阶段就应该考虑这些污染的去除问题，并开发出用于去除各种污染包括牢固挥发性有机物的高效设备。参考文献1 Molhave L. Volatile organic compounds, indoor air quality, and health. Proceedings of the 5th International Conference on Indoor Air Quality and Climate Indoor Air'90, V5:15-342 Li Y, Hu J, Liu G, et al. Determination of volatile organic compounds in residential buildings. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: Bluyssen P M, Oliveria Fernandes E De, Fanger P O, et al. Final report, European audit project to optimize indoor air quality and energy consumption in office buildings, (Contract JOU2-CT92-0022), TNO Building Construction Research, Delft, The Netherlands, Park J S, Fujii S, Yuasa K, et al. Characteristics of volatile organic compounds in residence. Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate-Indoor Air'96, V3, 1997:579-5845 Englund F, Hardrup L E. Indoor air voc levels during the first year of a new three-story building with wooden frame. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: 47-516 Yu C, Crump D, Squire R. The indoor air concentration and the emission of VOCs and formaldehyde from materials installed in BRE low energy test houses. Indoor and Built Environment, 1997(6): Han K, Jing H. Chamber testing of VOCs from indoor materials. The proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997:107-1118 Tahtinen M, Saarela K, Tirkkonen T et al. Time dependence of tvoc emission for selected materials. Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: EPA Report No. EPA-600/R-94-141. Characterization of emissions from carpet samples using a 10 gallon aquarium as the source chamber. Prepared by Acurex Environmental Corporation for the U S Environmental Protection Agency Office of Research and Development, Figley D, Makohon J, Dumont R, et al. Development of a voc emission database for building materials. The Proceedings of the 7thd International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air' 96, V3, 1997: Saarela K, Clausen G, Pejtersen J, et al. European database on indoor air pollution sources in buildings, principles of the protocol for testing of building materials. The Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate- Indoor Air'96, V3, 1997: Schriever R, Marutzky R. VOC emissions of coated parquet floors. Indoor Air'90. Proceedings of the 5th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. Toronto, 1990, 3: Saarela K, Sandell E. Comparative emission studies of flooring materials with reference to nordic guidenlines. ASHRAE IAQ 94 Healthy Buildings Conference Proccedings, Washington, DC: Johnston P K, Cinalli C A, Girman J R ,et al. Priority ranking and characterisation of indoor air sources. Characterising Sources of Indoor Air Pollution and Related Sink Effects. ASTM STP 1287, Bruce A Tichenor editor, American Society for Testing and Materials, USA, 1996:392～400。15 Knudsen H N, Kjaer U D, Nielsen P A. Characterization of emissions from building products: long-term sensory evaluation, the impact of concentration and air velocity. The Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate-Indoor Air'96, V3, 1997: Tichnor B A, Guo Z, Sparks L E. Fundamental mass transfer model for indoor air emissions form surface coatings. Indoor Air, 1993, 3 (4): Clausen P A. Emission of volatile and semi-volatile organic compounds from water borne paints- the effect of film thickness. Indoor Air: International Journal of Indoor Air quality and Climate, 1993, 3 (4): Michael A J. Chemical filtration of indoor air : An application primer. ASHRAE J, 1996 (2).19 Hashimoto Kazuhito, et al. J Phys. Chem, 1984, 88: 藤屿昭，机能材料，1998，18（9）：2921 Jacoby W A, et al. Heterogeneous photocatalysis for control of volatile organic compunds in indoor air. J Air & Waste Manage Assoc, 1996, 46:

本书全面系统地对商用和新兴开发的吸附剂制备、吸附过程基本原理和应用作了详细归纳总结，介绍了吸附剂研究开发的基本理论、手段和方法，新型吸附剂的应用研究和潜在的应用价值。本书取材着眼于近10-20年吸附研究领域的最新成果，归纳了原著者在吸附剂研究、开发、应用领域近200多篇处于国际领先地位的研究论文和成果，是原著者集20余年在国际吸附领域的研究成果和心得。本书可作为从事吸附、催化及相关专业研究的高年级学生、硕士研究生和博士研究生的教材，也可作为相关专业科研工作者和教师的专业参考书。

自从人类发现了金属，金属就与我们的生活息息相关。人类如何在一种偶然的情况下发现了它并懂得利用它，这确实是个迷。总之，在几千年前，我们祖先对青铜器的铸炼技术就达到了十分精湛的程度。开始，人们为了满足生存的物质需要，把青铜器大量制造成生产和战争品，如刀具、器皿、锄犁。随后，就是货币以及各种首饰、日用品、装饰品和建筑装饰。 加工金属品，在手工操作的年代，主要靠冶炼、锻打、铆接等工艺手段，以为金属的特性，在加工上较困难，这种方式制造出来的产品，既不可能大量生产，工艺上也比较粗糙，直至工业化时代，机器生产代替手工操作，金属产品才能大量进入社会和我们家庭。 人类的爱没有天性与生俱来，在一个解决了温饱和物质生活丰裕的社会，文化艺术和精神生活，就成了人们的下个追求目标。在众多装饰点缀生活的形式中，金属构件以其独特的韵味而独占一角。其中，又以铁件为主体。以铁件为主体的装饰艺术，称为铁艺。 从历史上看，虽然我们的祖先对金属的利用较早，但在金属装饰艺术上，却未有很大的发展。而在西方，因冶炼技术的发展和工业化进程的到来，铁艺的使用却相当广泛，并且在20世纪初大量流入中国。所以，今天我们所见到的各种铁艺，在艺术造型上，在图案纹理上，都带有西方造型艺术风格的烙印。 根据铁艺的不同用途，可以把它归为六类,即：建筑装饰类，家居类，灯具类，支架类，日用品类，摆设类等等......。 建筑装饰类：包括大门、门花、把手、窗、窗花、窗栏、围栏、基围、柱花、梁花、墙花、屏花、扶手、檐花、壁炉等等......。 家具类：包括登、椅、桌、床、茶几等等......。 灯具类：包括街灯、落地灯、台灯、壁灯、吊灯等等......。 支架类：包括书架、台架、花架、牌架等等......。 日用品类：包括餐具、花篮等等......。 摆设类：包括案头小摆设品、艺术品等等......。 从以上类别可以看出，铁艺品几乎包括了日常生活所接触到的大多数物品。而且，随着技术的完善，它们的制作更为精美、种类更为广泛。铁艺受到了人们的喜爱，源于它有与众不同的特色。在质地上，它们有一种金属质感，形体厚重沉实，图案精美却线型硬朗。根据加工技术的不同，它会有不同的观感。以铸造成型的铁艺，具有硬实、粗犷、沉着、大气的感觉；压制成型的铁艺，平整、流畅、精细；机械车磨雕刻成型的铁艺，小巧、精美、亮洁；扭弯曲焊接成型的铁艺，线型强、有飘逸感，图形鲜明；锻打成型的铁艺，形体表现丰富，图案多变。 铁艺是金属品，耐磨耐用，不易破损，较易维护和高贵气质。 铁艺得到人们的青睐，除了以上的特征外，最主要的原因是它所体现的文化内涵。传统的古典式铁艺，传达了一种欧洲大陆风情，异国文化，一种不同于本土传统文化艺术的装饰形式。 这种装饰形式，在纹理上，以曲线弧形及几何图形为主，图案则以动植物（花鸟）为主，构成形式有类似中国的勾勒和剪纸手法，形体彼此衔接牵连，点、线、面相结合。图案单元基本是连续重复的，其中总可以找到一个对称点。也有用堆叠造型的方式，使产品带有浮雕的感觉。铁艺适用的范围及其艺术造型，与其他的材料造型对比，并无特别之处，其最大魅力在于铁器的质地、质量和机理。铁艺主要用于建筑、家居、摆设品等，可构成这些东西的材料日益丰富和完善，而在这些各具特色的材料中，铁艺的独特角色始终不能被取代，因为这是一种金属的特色。它的材料便宜易找，耐用结实，运用现代的加工技术可加工成各种形态。特别在建筑行业中，它与土、木、石、水泥等主体材料形成一种和谐对比，成为建筑美学中的一种重要元素。 铁艺制作的材料，有生铁和熟铁不锈钢、合金铝、铜、锡等。生铁较脆，主要用于铸造，称为铸铁。如大门架、床架、桌架、街灯架、围栏框架等。铸造成型的铁艺，粗犷厚实，以柱子台座为主。熟铁较韧，往往是冶炼后锻打成型，可粗可精。锻造或锻打或冲压单个部件后，将数个部件用焊接或铆接的方式进行组合拼装，就能完成整件铁艺的制作。铁艺成型后，要进行金属的表面处理。表面处理有几种方法，常用的有“拖漆和烤漆”，即根据需要在铁艺上打上不同的底色，表面再涂以光油进行保护。常用的色彩有黑色、墨绿色、古铜色、金色、银色等。此外，还有电镀法，将整件铁艺放入电镀池中电镀成色。 除了铁外，还有以不锈钢、合金铝、铜、锡等为材料的金属装饰品。其范围也从传统的扶手栏杆。大门灯杆到精细礼品、案头摆设、灯座壁挂。 在现代人们对个性家居的要求下，铁艺设计，要考虑对象用途、使用的具体环境、环境的装饰风格、材料、色调等，同时，还要考虑铁艺的加工性能、重量。以及与其他材料的结合。例如以大铁门为例，如果设计成通花形式，可一次铸造成型，再打磨成品。如果是铁皮封闭型，门上的装饰件可用铸叶、铸花件焊接，并可在门上配上矛尖或柱头。梯柱也同样如此。因此，设计时除了要考虑对象造型、款式、图案外，还要考虑哪些部件是铸造、哪些是冲压、哪些是扭曲成型（用弯曲机），以及它们的结合方式。 在图案设计上，现时的流传风格，仍是以欧美为主。因人们一向认为，铁艺表现的应该是欧美情调，而东方风格则适合用木结构。其实，铁艺同样可以表现东方风格的很少。图案设计，基本是一种纹理设计，运用左右、上下、中心对称和水平、垂直的构图来展开设计，数组图案组成画面。形式上有弧线与弧线，弧线与直线，直线与直线的结合。当然，这些都是根据使用功能来确定。铁艺的一个显著的特点，是大多数的产品是由铁支、铁条组成的，就是说，它们都呈现一种通透的感觉。这种通透感是其艺术特色之一。 铁艺本身是一件产品，也是一件艺术品或装饰品。在现代环境装饰中，铁艺愈来愈得到人们的青睐。和过去铁艺多用在建筑构建中不同，现代铁艺已作为一种纯装饰品进入家居环境。例如：传统铁艺多是扶梯栏杆、围墙栏栅、窗栏、大门、几桌架。现在，通花式的装饰铁艺已更多地用在墙壁、天花、内门、玻璃、厅和卧室。装饰铁艺并非建筑构建，无实用功能，纯粹装饰。从实用到装饰功能的转换，反映了人们审美价值观的变化，即从物质价值观变为精神价值观，从传统审美观转为多元审美观。而且，随着经济与科技的进一步发展，铁艺的创作形态和适用范围亦将更多样化、科技化，艺术形态更为丰富。其组成图案也将会脱离传统样式，表现出更多的人文理念。在一个高智能化的建筑时代，金属的运用将会竭尽其所长，在满足产品功能之中，科技性、艺术性、装饰性将会巧妙地揉合在一起，呈现出一种完美的形态。 铁艺的应用 （一）铁艺作品 1、铁艺的定义 铁艺最经典的定义是铁与火的艺术。当然这个定义并不全面，没有涵盖现代工艺。为方便初学者，铁艺简明的定义为：用铁（含其它金属）做成的，主要起装饰作用的物品。 2、铁艺的材料 铁艺的材料是铁，但由于装饰的需要和出于加工的考虑，有时也把合金钢的、铜质的、铝制的材料制成的金属统称为铁艺。 3、铁艺的工艺 铁艺的加工通常采用的工艺手段是铸造、锻造和焊接，有时也借助机床加工。 （二）铁艺的分类 铁艺作品从大的类型分，有园林建筑铁艺、家具装饰铁艺、工艺美术铁艺。按铁艺材料及加工方法分，铁艺有3大类，即扁铁花、铸铁铁艺、锻铁铁艺。 1、扁铁花: 以扁铁为主要材料,冷弯曲为主要工艺，手工操作或用手动机具操作，端头修饰很少。 2、铸铁铁艺 以灰口铸铁为主要材料，铸造为主要工艺，花型多样，装饰性强。 3、锻铁铁艺 以低碳钢型材为主要原材料，以表面扎花、机械弯曲、模锻为主要工艺，以手工锻造辅助加工。 （三）铁艺的应用特点 1、实用性和装饰性 铁艺施展魅力的机会源于人们对环境美的追求，伴随着一个新建筑、新家庭、新装饰、新店面的诞生，一个铁艺应用的机会就来临了。 2、安全性和通透性 现代都市生活节奏很快，安全感对人们越来越重要。 3、体现私有性 尊重个人隐私，保护私有财产是社会文明的体现。 4、突出展示性 铁艺本身就意味着拥有说不出的富足，拥有铁艺中的珍品，不仅是个人某种情结的张扬，更是对历史的追忆，对异国情调的崇尚。 5、持久性和环保概念 铁艺之所以能在建筑和装饰材料中占有一席之地，是因为铁艺本身有良好的强度、抗风性、抗老化、抗虫害，这是其它材料难以比拟的