CN108426966A - 一种测定室内车内材料半挥发性有机物散发参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测定室内车内材料中半挥发性有机物SVOC散发参数的方法，属于室内车内环境检验领域。该方法包括：建立物理模型；将待测试室内车内材料置于能严格控制温湿度的环境舱中，通入一定的流量使材料自由散发至达到准稳态，测量该流量下的SVOC准稳态浓度值；再多次改变通入环境舱内的流量，可求得不同流量所对应的一系列准稳态浓度值；然后根据物理模型计算得到室内车内材料散发过程的材料界面处气相SVOC浓度和材料表面对流传质系数等散发参数值。本发明的测定方法操作方便、试验周期短，同时具有较高的精度，适合于实验室检测和工程应用。

Description

一种测定室内车内材料半挥发性有机物散发参数的方法

所属技术领域

本发明属于室内车内环境检验技术领域，特别涉及能实现室内车内材料中半挥发性有机物散发参数测定的方法。

背景技术

室内车内环境中由半挥发性有机物(SVOC)所导致的空气污染问题已引起人们的广泛关注。室内车内环境中的SVOC主要来源于家庭装饰装修材料及汽车内饰材料中添加的增塑剂和阻燃剂，其会逐渐散发到空气中，对人的健康有严重负面影响。SVOC由于沸点高、饱和蒸汽压低，其在环境中很容易被悬浮的颗粒物、室内车内各种表面甚至人体吸附，长时间暴露于含有SVOC的环境中会对人体的生殖系统、呼吸系统、神经系统产生严重损害，诱发包括癌症在内的诸多疾病。室内车内材料中SVOC的源特性由材料界面处气相SVOC浓度(y₀)和材料表面对流传质系数(h_m)两个特性参数表征，准确测定y₀和h_m是研究SVOC散发规律并进行人体健康风险评估的基础。由于SVOC在环境中的气相浓度较低，又容易被各种表面吸附，准确测定y₀和h_m的值难度较大。目前测定材料中SVOC散发参数主要采用的是直流环境舱法，典型的如空气质量研究实验舱法(CLIMPAQ)及现场和实验室散发小室法(FLEC)，由于SVOC扩散系数小，散发速率低，且极易被环境舱内壁吸附，这些方法普遍存在测量误差大、测试时间长的缺陷，导致方法的推广应用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是要克服现有的实验系统和测试方法在测定室内车内材料散发参数的局限性，提出一种快速、准确地测定材料SVOC散发参数的方法，本发明的测定方法测量周期短、操作方便、具有较高的准确度，便于实验室检测和工程应用。

为实现上述目的，本发明基于目前应用最广泛的直流舱中室内车内材料SVOC的散发机理，提出了快速测定材料界面处气相SVOC浓度(y₀)和材料表面对流传质系数(h_m)两个特性参数的方法，包括如下步骤：

1)建立直流舱中室内车内材料半挥发性有机物SVOC散发过程的物理模型。当散发达到准稳态后，环境舱内气相SVOC准稳态浓度的倒数(1/y)和气体流量的0.5次幂(Q^0.5)呈线性关系，记斜率为SL，截距为INT，即：

h_m＝G·Q^0.5 (4)

该模型中：y为环境内气相SVOC准稳态浓度，μg/m³；Q是环境舱气体流量，m³/s；A为被测材料的散发面积，m²；y₀为被测材料与空气界面处的气相SVOC浓度，μg/m³；h_m是材料表面的对流传质系数，m/s；Re为雷诺数；Sc为施密特数；C₁、n、G为与气体流量无关的常数；

2)设计并搭建用于室内车内材料SVOC测试用的环境舱，该环境舱主要由半圆形舱体和上下盖板组成，盖板中设计有空腔，可连通恒温水浴连接，用于控制环境舱的温度；实验时环境舱的温度控制精度为±0.5℃、湿度控制精度为±5％；

3)设定环境舱的温度、湿度为所需值，然后将两块待测室内或车内材料固定于上下盖板和舱体之间进行测试；

4)实验所用的纯净空气由气瓶提供，并以恒定的流量(Q)持续通入环境舱，待测材料在环境舱内自由散发；

5)当散发过程达到准稳态后，用固相微萃取仪(SPME)或特纳斯(Tenax-TA)吸附管采样环境舱出口处的SVOC气体，然后用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行定量分析，获得SVOC准稳态浓度y；

6)调整环境舱进口处的纯净空气流量(Q)，重复上述实验过程4)和5)，得到不同通风量下的环境舱内SVOC准稳态浓度；

7)将得到的多组y和Q的实验数据处理成方程(1)的形式后，对1/y和Q^0.5进行线性拟合，获取斜率SL和截距INT，通过方程(3)即可求得材料与空气界面处的气相SVOC浓度y₀；然后再结合方程(2)和(4)，可进一步获得材料表面的对流传质系数h_m。也就是说，该方法可同时获得室内车内材料散发过程的两大特性参数y₀和h_m的值。

本发明的特点及效果：

本发明的测定方法，通过研究环境舱中室内车内材料SVOC的散发特性，并灵活运用数学工具对环境舱内测量的SVOC浓度数据进行处理，来测定室内车内材料散发过程的特性参数，弥补了现有方法中测试时间长、采样复杂、通用性不强以及测定参数不全等缺陷。该方法实验周期短(不超过一周)、操作方便，同时具有较高的精度，便于实验室检测和工程应用。

附图说明

图1(a)为本发明的环境舱中室内车内材料半挥发性有机物散发测试系统图，图1(b)为环境舱示意图

图2为本发明的环境舱内室内车内材料散发邻苯二甲酸二异辛酯DEHP浓度的线性拟合结果

具体实施方式

本发明提出的可以快速准确地实现室内车内材料中半挥发性有机物散发参数的测定方法结合附图及实例详细说明如下：

本发明的室内车内材料半挥发性有机物SVOC散发测试系统如图1(a)所示，测试使用的环境舱如图1(b)所示。室内车内材料SVOC散发测试系统分为三部分：环境舱系统、供气系统和温湿度控制系统。环境舱7由抛光不锈钢材料制成，环境舱主要由半圆形舱体14和上下盖板12组成，在环境舱左右两侧分别设置有进气口11和出气口12，上下盖板13间设有空腔，可用于连通恒温水浴8。由气瓶1出来的纯净空气经过减压阀2和质量流量控制器3后，由加湿器4和三通阀5控制气体的相对湿度；经温湿度传感器6后流入环境舱内，环境舱的温度由恒温水浴8控制；将待测材料14固定于上下盖板13和半圆形舱体15之间，待散发达到准稳态后，环境舱出口处的SVOC气体由固相微萃取仪(SPME)或特纳斯(Tenax-TA)吸附管9采样，然后由气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)10定量分析。

本实施例的散发参数测定方法包括以下步骤：

1)建立直流舱中室内车内材料半挥发性有机物SVOC散发过程的物理模型。当散发达到准稳态后，环境舱内气相SVOC准稳态浓度的倒数(1/y)和气体流量的0.5次幂(Q^0.5)呈线性关系，记斜率为SL，截距为INT，即：

h_m＝C₁·Re^m Scⁿ＝G·Q^m (4)

该模型中：y为环境舱内气相SVOC准稳态浓度，μg/m³；Q是环境舱气体流量，m³/s；A为被测材料的散发面积，m²；y₀为被测材料与空气界面处的气相SVOC浓度，μg/m³；h_m是材料表面的对流传质系数，m/s；Re为雷诺数；Sc为施密特数；C₁、n、G为与气体流量无关的常数；

2)设计并搭建用于室内车内材料SVOC散发测试用的环境舱，该环境舱主要由半圆形舱体和上下盖板组成，盖板中设计有空腔，可连通恒温水浴连接，用于控制环境舱的温度；

3)根据需求设定测试温度，气体的相对湿度由加湿器控制，控制环境舱内的温度和相对湿度分别为(25±0.5)℃和(50±5)％；

4)将温湿度恒定的气体以一定的流量(所选取初始流量为100ml/min)持续通入环境舱内，将待测室内车内材料置于环境舱内自由散发，所选取测试材料为某汽车坐垫(材质为人造革)，长度和宽度为0.2m×0.4m，厚度为2mm；

5)待测材料在环境舱内散发达到准稳态后，测量环境舱内目标SVOC的浓度，本实施例所选取的目标SVOC为邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)。实验中用固相微萃取仪(SPME)采集环境舱出口处的SVOC气体，为减小实验误差采集两个平行样，用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定DEHP的准稳态浓度y值为0.296μg/m³。

6)调整环境舱进口处的流量(Q)分别为500ml/min、1000ml/min、2000ml/min，重复以上实验过程，得到上述通风量下环境舱内DEHP的准稳态浓度y值分别为0.235μg/m³、0.213μg/m³、0.187μg/m³。

7)将实验得到的多组y和Q数据处理成方程(1)所示的形式后，对1/y和Q^0.5进行线性拟合，获取斜率SL和截距INT的值分别为0.056和2.90，通过方程(3)即可求得材料与空气界面处的气相SVOC浓度y₀的值为0.35μg/m³。然后再结合方程(2)和(4)，可进一步获得材料表面的对流传质系数h_m为2.07×10^-4m/s。该方法测试简便(只需改变环境舱的通风量)，实验周期短(不超过一周)，同时具有较高的测量精度(特性参数测定误差不超过10％)，便于实验室研究和工程应用。

本发明的原理：纯净空气以一定的流量(Q)通入环境舱内，待室内车内材料在环境舱内自由散发至达到准稳态时，测量该流量下的SVOC准稳态浓度值(y)，再多次改变通入环境舱内的流量，可求得不同流量所对应的一系列准稳态浓度值，然后根据模型将实验数据整理成(1)式的形式，通过对1/y和Q^0.5进行线性拟合可获得斜率SL和截距INT，而它们是关于材料界面处气相SVOC浓度(y₀)和材料表面对流传质系数(h_m)的函数，解两个方程即可得到室内车内材料散发参数y₀和h_m的值。

Claims (1)

1.一种用于测定室内车内材料半挥发性有机物散发参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立直流舱中室内车内材料半挥发性有机物SVOC散发过程的物理模型。当散发达到准稳态后，环境舱内气相SVOC准稳态浓度的倒数(1/y)和气体流量的0.5次幂(Q^0.5)呈线性关系，记斜率为SL，截距为INT，即：

h_m＝C₁·Re^0.5Scⁿ＝G·Q^0.5 (4)

该模型中：y为环境舱内气相SVOC准稳态浓度，μg/m³；Q是环境舱气体流量，m³/s；A为被测材料的散发面积，m²；y₀为被测材料与空气界面处的气相SVOC浓度，μg/m³；h_m是材料表面的对流传质系数，m/s；Re为雷诺数；Sc为施密特数；C₁、n、G为与气体流量无关的常数；

2)设计并搭建用于室内车内材料SVOC测试用的环境舱，该环境舱主要由半圆形舱体和上下盖板组成，盖板中设计有空腔，可连通恒温水浴连接，用于控制环境舱的温度；实验时环境舱的温度控制精度为±0.5℃，湿度控制精度为±5％；

3)设定环境舱的温度、湿度为所需值，然后将两块待测室内或车内材料固定于上下盖板和舱体之间进行测试；

4)实验所用的纯净空气由气瓶提供，并以恒定的流量(Q)持续通入环境舱，待测材料在环境舱内自由散发；

5)当散发过程达到准稳态后，用固相微萃取仪(SPME)或特纳斯(Tenax-TA)吸附管采样环境舱出口处的SVOC气体，然后用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行定量分析，获得SVOC准稳态浓度y；

6)调整环境舱进口处的纯净空气流量(Q)，重复上述实验过程4)和5)，得到不同通风量下的环境舱内SVOC准稳态浓度；

7)将得到的多组y和Q的实验数据处理成方程(1)的形式后，对1/y和Q^0.5进行线性拟合，获取斜率SL和截距INT，通过方程(3)即可求得材料与空气界面处的气相SVOC浓度y₀；然后再结合方程(2)和(4)，可进一步获得材料表面的对流传质系数h_m。也就是说，该方法可同时获得室内车内材料散发过程的两大特性参数y₀和h_m的值。