乙苯毕业论文设计

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. 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人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理，已开始从治标，即从末端治理污染转向治本，即开发清洁工业技术，消减污染源头，生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。 绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。 化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质，但是在许多场合中却既未有效地利用资源，又产生大量排放物，造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学，它的主要特点是“原子经济性”，即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，因此既可以充分利用资源，又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝，可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起，它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料 原料选择 工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。 以塑料为例，据统计，到1989年美国在包装上使用的塑料就超过亿kg（20世纪90年代数量进一步上升），打开包装后即被抛弃，这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题：掩埋它们将永久留在土地里中；焚烧它们会放出剧毒。 我国也大量使用塑料包装，而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料，目前国际上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目，已取得一些进展。 溶剂的选择 大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质，分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。 固相反应 固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。 以水为溶剂的反应 由于大多数有机化合物在水中的溶解性差，而且许多试剂在水中会分解，因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性，因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的，有时可提高反应速率和选择性，更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。 水相有机合成在有机金属类反应，水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中，开发利用以水作溶剂是大有可为的。 超临界流体作为有机溶剂 超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点（℃，7 ）以上的CO2流体。它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度，溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。 催化剂的选择 许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过，而且催化剂寿命长。2 化学反应的绿色化 为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子经济性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多，在些不作赘述。3 生物技术的应用 生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一，它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发，它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。 绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响，而且将为我国的企业与国际接轨创造条件！