室内有机挥发物和颗粒污染物的控制研究——利用水溶液去除室内甲醛和PM的试验及机理研究

摘要

以甲醛作为室内有机挥发物的代表，以PM10作为室内颗粒污染物的代表，通过实验研究证明水溶液可有效吸收室内甲醛，185nm/254nm紫外光可有效降解水中甲醛，水膜对PM10的去除效果有限。 利用水溶液吸收甲醛的实验表明：空气中甲醛的初始浓度对水溶液吸收甲醛的效果影响很大。空气中甲醛初始浓度越高，水溶液吸收甲醛的效果越好。在最初30分钟内空气中52～59％以上的甲醛可以被水溶液吸收，在60分钟内空气中61—72％的甲醛可以被水溶液吸收。150分钟后，水溶液几乎不再吸收甲醛。增加清洗器的换气次数可以提高水溶液吸收甲醛的效果，开3档吸收效果比开1档吸收效果可平均提高10％。添加表面活性剂可有效提高水溶液吸收空气中甲醛的效果，不同表面活性剂增强吸收的效果不同。普通家用洗衣粉效果优于文塔厂家提供的添加剂。吸收效果平均提高50.3％左右。洗衣粉饱和溶液添加量的最佳体积百分比为1.6。洗洁精不适宜作为清洗器内添加剂。 利用185 nm/254nm紫外光降解水中甲醛实验表明：紫外光降解水中甲醛的反应均符合一级反应规律。降解的效果与甲醛初始浓度相关，甲醛初始浓度越大，甲醛降解的速率越慢。相同紫外灯功率，甲醛降解的反应速率与初始浓度有关。紫外灯功率为40W，甲醛初始浓度为0.43mg/l时，甲醛降解反应速率常数为0.03803；甲醛初始浓度为0.70mg/l时，甲醛降解反应速率常数则为0.01914。紫外灯功率为200W，甲醛初始浓度为3.0mg/l时，甲醛降解反应速率常数为0.18987；甲醛初始浓度为5.0mg/l时，甲醛降解反应速率常数则为0.16998；甲醛初始浓度为8.0mg/l时，甲醛降解反应速率常数为0.1183。紫外灯功率对降解效果影响很大，功率越大，降解效果越好。在同样初始浓度条件下，40W紫外灯的甲醛降解反应速率常数为0.03129，而70W紫外灯的甲醛降解反应速率常数为0.09722，提高将近3倍。通过鼓泡未强化甲醛的降解效果，反而弱化甲醛降解效果。200W紫外灯，初始浓度8.7mg/l，不鼓泡时甲醛降解反应速率常数为0.07891；初始浓度7.4mg/l，1档鼓泡时甲醛降解反应速率常数为0.05626，2档鼓泡时甲醛降解反应速率常数为0.06019。 利用清洗器去除空气中PM10的实验研究表明：清洗器去除大颗粒的效率远高于去除小颗粒的效率。气流速度对清洗器去除室内PM10效率的影响较大。对于实验室地面尘，清洗器开3档的效率比开1档的效率提高3倍。添加剂对PM10的去除效率影响不大。清洗器对环境烟草烟雾颗粒的去除几乎不起作用。 利用清洗器吸收二甲基甲酞胺的实验证明：水膜可有效吸收二甲基甲酞胺。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 可吸入颗粒物在人体呼吸道中的运动清除状况

1.1.1 可吸入颗粒物在呼吸道内的沉积状况

1.1.2影响可吸入颗粒物沉积的主要因素

1.2室内污染物控制的一般思路

1.2.1室内有机挥发物的一般控制思路

1.2.2室内颗粒物的一般控制思路

1.2.3室内有机挥发物和颗粒物的同时控制

1.3 自然界中有机挥发物和颗粒污染物去除

1.3.1 自然界中有机挥发物的去除

1.3.2 自然界中颗粒物的去除

1.4室内有机挥发物和颗粒污染物代表物质的确定

1.4.1 室内有机挥发物的确定

1.4.2室内颗粒污染物代表物质的确定

1.5本论文的研究思路和研究内容

1.5.1本文的研究思路

1.5.2研究内容

1.6小结

第2章利用水溶液去除空气中甲醛的机理研究

2.1 费克(Fick)定律

2.2气体向降膜中的扩散

2.3 甲醛在水溶液中的三种转化和对扩散系数的影响

2.3.1 甲醛水溶液中的三种转化和平衡

2.3.2甲醛水溶液中的三种转化对甲醛向水溶液中扩散的扩散系数的影响

2.4气液传质理论

2.4.1双膜理论

2.4.2穿透理论

2.4.3表面更新模型

2.4.4表面润湿性能对传质系数的影响

2.5相界面对气液传质的影响

2.5.1浸润理论(wetting)

2.5.2表面活性剂

2.5.4洗洁精的成分和作用

2.6小结

第3章 185 nm/254nm紫外光及其降解水中甲醛的机理研究

3.1紫外光简介

3.1.1紫外光在水处理方面的应用

3.1.2紫外光灯管

3.1.3 185 nm/254nm紫外光的产生

3.1.4 185 nm/254nm紫外光降解室内空气中有机物的优缺点

3.2羟基自由基

3.2.1 自由基的性质

3.2.2羟基自由基的特性

3.3水溶液中甲醛的光降解过程

3.3.1 水溶液反应体系中的真空紫外光解

3.3.2水溶液中甲醛的光降解过程

3.3.3水中溶解O2的重要性

3.4水溶液中甲醛降解的光化学反应动力学分析

3.4.1化学反应级数

3.4.2光化学反应

3.4.3甲醛降解动力学分析

3.5 小结

第4章利用水溶液去除室内颗粒物的机理研究

4.1颗粒受力分析

4.1.1 惯性力

4.1.2压力梯度力

4.1.3阻力

4.1.4颗粒旋转时的Magnus力

4.1.5升力

4.1.6虚拟质量力

4.1.7 Basset力

4.1.8单颗粒的拉格朗日运动方程

4.2气固分离机理

4.2.1气固重力分离机理

4.2.2惯性分离机理

4.2.3拦截捕获机理

4.2.4微细颗粒的扩散分离机理

4.2.5固体颗粒在湍流流动中的分离机理

4.3液膜促进颗粒物的粘着

4.3.1粘着力

4.3.2利用液体使颗粒凝聚

4.4湿式分离的理论基础

4.4.1液膜捕尘体的动力学

4.4.2微粒在液膜上的沉降

4.5小结

第5章实验研究

5.1 利用水溶液吸收空气中甲醛的实验研究

5.1.1实验装置及方案

5.1.2实验结果与分析

5.2 利用紫外光降解水中甲醛的实验研究

5.2.1实验装置及方案

5.2.2实验结论与分析

5.3 利用水溶液去除空气中PM10的实验研究

5.3.1实验装置及方案

5.3.2实验结论与分析

5.4实验的主要结论

5.4.1 水溶液吸收空气中甲醛的主要实验结论

5.4.2紫外灯降解水溶液中甲醛的主要实验结论

5.4.3清洗器去除空气中PM10实验研究的主要结论

5.4.4实验结论的主要工程应用建议

第6章室内空气品质管理

6.1 国外室内空气品质管理

6.1.1美国

6.1.2英国

6.1.3澳大利亚

6.1.4芬兰

6.1.5 日本

6.1.6韩国

6.2国内室内空气品质管理

6.2.1香港地区

6.2.2大陆地区

第7章研究结论、创新点和应用展望

7.1研究结论

7.2创新点

7.3清洗器应用推广

7.3.1应用清洗器吸收二甲基甲酰胺

7.3.2其它应用推广

7.4进一步工作展望

致谢

参考文献

本人简历和在读期间发表的学术论文与研究成果