一种木家具中挥发性有机物释放关键参数的快速测定方法与流程

所属技术领域

本发明属于室内环境检验领域，特别涉及能实现实木家具、板式家具等木家具中挥发性有机物释放关键参数快速测定的方法。

背景技术：

统计表明，随着社会的发展和经济的进步，我国已成为世界人造板建材和家具生产的第一大国。同时有分析显示，室内材料和物品(主要为建材和家具)散发的气态有害物是室内空气的主要污染物。目前，国际上已将室内空气污染归为危害人类健康的五大环境因素之一。导致室内空气污染的主要原因是木家具中释放的挥发性有机物(voc)，包括甲醛、苯系物等，voc的存在会对人体的大脑、肝脏和神经系统造成不同程度的损害。木家具中voc的释放特性主要由3个关键参数表征，即可释放浓度c0、扩散系数dm和空气/材料界面处的分配系数k。因此，对木家具中voc的释放关键参数进行测定并揭示voc的释放规律，对于改善室内空气质量具有重要意义。然而，目前提出的测试方法主要针对于建材，并且大多是在密闭舱中进行测试(如密闭舱c-history方法)，鲜有针对家具的释放关键参数的测定方法。家具一般是多层结构，其释放关键参数和建材有较大差别。对于密闭舱测试方法(通风量为零)而言，由于需要多次采样环境舱浓度，其会引起环境舱内voc质量的损失，从而导致释放关键参数的测定存在一定误差，有时只能使用一些特殊的在线测量设备，如多组分气体分析仪，导致方法的通用性受到很大限制。相比之下，直流舱测试条件(具有恒定的通风量)更符合室内环境中家具voc的实际释放情形，实验采样和测试分析也更方便，但目前尚缺乏直流舱中测定木家具释放关键参数的相关方法。

技术实现要素：

本发明的目的是要克服现有方法在测定木家具释放关键参数方面的不足，提出一种用于快速准确测定木家具释放关键参数的方法，本发明的测定方法实验周期短、测试方便、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木家具voc的释放过程，提出同时测定可释放浓度c0和扩散系数dm等释放关键参数的快速测定方法，包括如下步骤：

1)建立直流环境舱内木家具挥发性有机物voc释放过程的物理模型。当释放过程达到准稳态时，环境舱内气相voc浓度的对数和时间呈线性关系，记斜率为sl，截距为int，即：

lnca(t)＝sl·t+int(1)

sl＝-dmδ^-2q²(2)

int＝ln(2c0βqsinq/n)(3)

该模型中：ca为环境舱中气相voc浓度，μg/m³；c0为木家具中voc可释放浓度或含量，μg/m³；dm为木家具内voc扩散系数，m²/s；q为方程的第1个正根；bim(＝hmδ/dm)为传质毕渥数；k为分配系数；hm为对流传质系数，m²/s；δ为家具的厚度，m；t为散发时间，s；β(＝aδ/v)表示家具体积与环境舱体积之比；v为环境舱体积，m³；a为家具散发表面积，m²；α表示直流环境舱的换气速率；n为关于dm和k的函数。

2)在体积为10-30m³的环境舱内进行测试，环境舱的温度控制精度要求不低于0.5℃、湿度控制精度要求不低于5％；

3)设定环境舱的温湿度在所需值，然后将待测试木家具置于环境舱内自由释放；不包含voc的干净空气通入环境舱内，导致舱内voc浓度的逐时变化；

4)在木家具释放过程中，测量不同时间下的环境舱内目标voc浓度，用特纳斯(tenax-ta)吸附管或二硝基苯腙(dnph)吸附管采样，然后用气相色谱-质谱联用仪(gc-ms)或者高效液相色谱仪(hplc)分析；

5)基于上述物理模型，将环境舱内voc浓度数据处理成步骤1)中方程(1)的形式，然后对释放时间t进行线性拟合，获得斜率sl和截距int，而根据方程(2)和(3)斜率和截距为关于可释放浓度c0和扩散系数dm的函数(k对参数测量无影响，预先给出)，解两个方程即可求得木家具释放过程的关键参数c0和dm的值；该方法测试方便，实验周期短，一般不超过5天，同时具有较高的测量精度，便于实验室和工程应用。

本发明的特点及效果：

本发明的测定方法，通过研究环境舱中木家具voc的释放规律，并灵活运用数学工具对环境舱内测量的voc浓度数据进行处理，来测定木家具释放过程的关键参数，弥补了现有方法中采样复杂、通用性有所限制以及测试参数不全等不足，此方法试验周期短、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为环境舱中家具voc释放过程示意图。

图2为本发明的环境舱内木家具释放过程中甲醛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地实现木家具中挥发性有机物释放关键参数的测定方法结合附图及实例详细说明如下：

本发明的木家具中voc释放过程总体示意图如图1所示。木家具置于环境舱内自由释放，不包含voc的干净空气通入环境舱内，导致舱内voc浓度的逐时变化。

该图中，木家具的测试使用体积为30m³的大型环境舱，舱体由抛光不锈钢制成，环境舱设计参数满足美国astm6670标准。环境舱测试系统分为三部分：环境舱舱体1、供气系统3和温湿度控制系统4。环境舱两对称位置分别设有进气口5和出气口6，舱顶中心位置设有一轴流风扇2，所测试木家具9置于环境舱底部，环境舱内木家具释放的voc气体由环境舱出口处的dnph吸附管7采样，然后由仪器hplc8定量分析。

本实施例的释放关键参数测定方法包括以下步骤：

1)建立直流环境舱内木家具挥发性有机物voc释放过程的物理模型。当释放过程达到准稳态时，环境舱内气相voc浓度的对数和时间呈线性关系，记斜率为sl，截距为int，即：

lnca(t)＝sl·t+int(1)

sl＝-dmδ^-2q²(2)

int＝ln(2c0βqsinq/n)(3)

该模型中：ca为环境舱中气相voc浓度，μg/m³；c0为木家具中voc初始可散发浓度或含量，μg/m³；dm为木家具内voc扩散系数，m²/s；q为方程的第1个正根；bim(＝hmδ/dm)为传质毕渥数；k为分配系数；hm为对流传质系数，m²/s；δ为家具的厚度，m；t为散发时间，s；β(＝aδ/v)表示家具体积与环境舱体积之比；v为环境舱体积，m³；a为家具散发表面积，m²；α表示直流环境舱的换气速率；n为关于dm和k的函数。

2)环境舱内外环境的温度均由空调系统进行控制，温度可根据需求进行设定，湿度控制采用空调制冷段除湿结合pid调节电加热加湿的方式，控制环境舱温度、相对湿度分别为(23±0.5)℃和(50±5)％；

3)将待测试木家具置于环境舱内自由释放，所选取木家具为市场上常见的人造板衣柜，可散发面积为16.286m²，厚度为0.019m²，测试承载率为0.543m^-1；

4)在木家具释放过程中，测量不同时间下的环境舱内目标voc浓度，本实施例所选取的目标voc为甲醛。实验中采样多个数据点，用dnph吸附管在环境舱出气口处采样，然后用hplc分析；实验测得第12、24、36、48、60、72、84、96小时的环境舱内甲醛浓度分别为42.31、30.93、24.97、20.09、18.15、16.16、12.72、10.39μg/m³；

5)基于上述物理模型，将环境舱内voc浓度数据处理成步骤1)中方程(1)的形式，然后对散发时间t进行线性拟合，拟合结果如图2所示；根据拟合直线的斜率sl和截距int，设定一个k值(取为500，由饱和蒸汽压估算得到)作为已知值，联立步骤1)中的方程(2)和(3)，解两个方程即可求得木家具c0和dm的值分别为5.10×10⁵μg/m³和3.13×10^-10m²/s。该方法测试方便，实验周期短，一般不超过5天，同时具有较高的测量精度，便于实验室检测和工程应用。

本发明的原理：先通过采样获得木家具在环境舱内自由释放时voc的逐时浓度，再根据模型将测量的浓度数据整理成对数的形式，建立环境舱浓度和散发时间之间的线性关系，此时进行线性拟合可获得斜率sl和截距int，而斜率和截距是关于可释放浓度c0、扩散系数dm的函数，解两个方程即可得到释放关键参数c0和dm的值。