1.本发明涉及环境舱空气检测领域，更具体地说，涉及基于相变材料的吸附管调温装置及调温方法。
背景技术：
2.在我国，大气vocs(挥发性有机化合物)是指常温下饱和蒸汽压大于70pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10pa具有相应挥发性的全部有机化合物。大气vocs的来源有很多，比如工厂排放，废弃物焚烧，室内装修、日常用品等中也有排出。而室内材料和物品则是室内空气中vocs污染物的重要来源，极大影响着室内空气质量和气味状况，进而影响入住人员的身心健康。
3.目前，采用环境舱法测试室内材料和物品的有害物质释放，是国际上公认的最为科学的测试方法，该方法在欧美、日本等发达国家已普遍采用，近年来我国也在积极应用推广。
4.环境舱空气中vocs的浓度较低，一般低至ppm(v/v)级甚至ppb(v/v)级，难以用仪器直接测定，通常要对舱内空气中的vocs进行捕集浓缩后再分析。目前最常用的捕集浓缩方式为吸附剂吸附捕集，通过采气泵抽取环境舱内空气，经过内填吸附剂的吸附管，吸附管可以捕集舱内空气中的挥发性有机化合物。
5.吸附剂对气态有机物的吸附过程以物理吸附为主，为放热过程，温度升高时，反应平衡向脱附方向偏移，同时温度的升高也会使活性较高的有机物分子在介孔内扩散速率加快，从而导致穿透失效。因此，当作业场热源较多，环境温度过高，或环境舱设置温度较高时，吸附管捕集测试的准确性难以得到保证。
技术实现要素：
6.为了解决现有技术方案中的不足，本发明的目的在于提供一种基于相变材料的吸附管调温装置及调温方法，具有低耗能、方便携带和方便使用、降温快、可重复使用等特点，能够实现对用于高温工作场所的吸附管或高温检测气流穿过的吸附管快速降温的功能，提高了吸附管的捕集效率，提高检测的准确率。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于相变材料的吸附管调温装置，包括：底座(1)、柱状支架(2)、相变调温管套(3)，其特征在于，柱状支架(2)均匀分布在底座(1)上，相变调温管套(3)套置在柱状支架(2)上；相变调温管套(3)由空心管和保温层组成，保温层包覆在空心管外围；所述空心管管壁由相变材料制成，所述相变材料封装在柔性聚乙烯塑料中；空心管内径、吸附管外径、柱状支架(2)外径尺寸相匹配。
8.底座(1)由聚四氟乙烯制作，其长度200mm，宽度200mm，上面嵌入6个柱状支架(2)，柱状支架(2)与底座(1)通过螺旋扣式链接或一体式浇铸，可有效防止取用相变调温装置(3)时柱状支架(2)随之脱落。
9.柱状支架(2)由聚四氟乙烯制作，外径尺寸3.6mm，高度85mm。
10.所述空心管外径23.7mm，内径3.7mm，长度85mm，管壁厚度为10mm。
11.所述保温层为聚氨酯层。聚氨酯材料导热系数低，阻热效果好，能有效的阻止作业过程中环境温度和人体接触对相变调温管套造成无效热交换，减少外界对吸附管捕集效率的影响，增加相变调温管套的有效使用时间。
12.所述相变材料的相变温度为12.5℃-16℃，相变潜热为203.92j/g-223.56j/g。
13.优选地，所述相变材料的重量份组成为：月桂酸10-12、十二醇12-15、癸酸23-26、纳米蛋白土38-45；所述相变材料的相变温度为13℃-15℃，相变潜热为206.34j/g-220.58j/g。
14.优选地，所述相变材料的重量份组成为：月桂酸10、十二醇12、癸酸25、纳米蛋白土40；所述相变材料的相变温度为14℃，相变潜热为209.47j/g。
15.优选地，所述相变材料的制备方法为，首先，将38-45重量份的纳米蛋白土在真空干燥箱内70℃恒温干燥24h，以释放纳米蛋白土中的气体。将10-12重量份月桂酸、12-15重量份十二醇、23-26重量份癸酸依次放入一容器内，然后把容器放入恒温磁力搅拌水浴锅内保持70℃的水温和750rpm/min的搅拌速度持续1.5h，直到混合物完全混合均匀。接着，在容器内中加入干燥后的纳米蛋白土，恒温磁力搅拌水浴锅仍保持原有温度和搅拌速度直到纳米蛋白土将共晶物吸附完全。
16.蛋白土又称蛋白石，是一种含水非晶质或胶质的活性二氧化硅，密度1.9-2.5g/cm3，是一种无定形硅质矿物。主要成份除sio2外还含少量fe2o3、al2o3、mn、cu等杂质。蛋白石岩是由极微小的蛋白石球体组成，有较发达的孔隙，具有孔隙度高，吸水性强，吸附性好等特点。因此蛋白石是天然纳米介孔材料，是一种天然的绿色环境友好材料。本发明采用纳米蛋白土作为支撑材料对脂肪酸与醇类共晶混合物进行定型包裹封装，制备出形态稳定的复合相变材料，共晶混合物被吸附进纳米蛋白土的多孔网状结构中。一方面，纳米蛋白土为共晶混合物提供一定的机械强度，便于相变调温管套的成型，保护熔融共晶在使用过程中不泄露；另一方面，纳米蛋白土在共晶物凝固过程中还可以作为成核剂和导热剂，有利于降低相变材料过冷度，提高热交换率。
17.较低的环境温度有利于吸附管对vocs的吸附。吸附管的物理吸附过程在一定程度上是吸附质在吸附剂孔间由气相转变为液相的过程，在相同温度下，具有更高沸点的气态有机物更容易转化为液态，最终表现为其具有更高的饱和吸附量。同时，气液间的相变是气相分子与其他分子作用时挣脱-被俘获的动态反应，因此可以认为高沸点的vocs分子与吸附剂具有更强的分子间作用力，最终使反应平衡向吸附(被俘获)方向偏移。但是，当环境温度低于12℃时，空气中的水蒸汽更倾向于转化为液态水，虽然大部分吸附剂具有憎水性，但由于水蒸气比voc具有较高的相对压力和较小的分子量，因而更容易扩散，进而被吸附剂优先吸附。优先吸附的水蒸汽，一方面占据一定的孔隙体积，使得吸附剂有效体积减小，另一方面改变了吸附剂孔隙的表面特性，降低了表面对voc的吸附亲和力。因此，环境温度过低，也不利于吸附管捕集测试的准确性。本发明通过调整相变材料的组成，将相变温度控制在12.5℃-16℃，即有利于吸附管对vocs的吸附，又能最大限度的缓解水蒸汽对voc在吸附剂上吸附平衡的抑制作用。
18.另一发面，本发明还提供一种使用所述基于相变材料的吸附管调温装置的调温方法，通常情况，将该整套装置放于冰箱中保存，设置温度12.5℃，需要使用时，从柱状支架
(2)上取下相变调温管套(3)，将采气吸附管插入相变调温管套(3)中，经与相变调温管套(3)接触3～5min钟后，吸附管温度降至低于25℃，用此带有相变调温管套(3)的吸附管捕集空气中的挥发性有机化合物。使用完成后，继续将相变调温管套(3)放回柱状支架(2)上，将整套装置放于冰箱中保存。
19.本发明基于相变材料的吸附管调温装置具有以下有益效果：
20.(1)相比于电子调温装置，本发明基于相变材料的吸附管调温装置具有低耗能、方便携带和方便使用、降温快、可重复使用等特点，能够实现对高温气流穿过的吸附管快速降温的功能，提高了吸附管的捕集效率，提高检测的准确率。
21.(2)本发明保温层为聚氨酯层，聚氨酯材料导热系数低，阻热效果好，能有效的阻止作业过程中环境温度和人体接触对相变调温管套造成无效热交换，减少外界对吸附管捕集效率的影响，增加相变调温管套的有效使用时间。
22.(3)本发明采用纳米蛋白土作为支撑材料、成核剂和导热剂，为共晶混合物提供一定的机械强度，便于相变调温管套的成型，保护熔融共晶在使用过程中不泄露，同时有利于降低相变材料过冷度，提高热交换率。
附图说明
23.图1为本发明吸附管调温装置的结构示意图。
24.图标：1-底座；2-柱状支架；3-相变调温管套。
具体实施方式
25.以下将结合具体实施例对本发明所述的一种多重功能环境舱检测系统做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解；需要声明的是在具体实施例的描述都是示例性的，而并不意味对本发明保护范围的限制，本发明的权利范围以限定的权利要求为准。
26.实施例1
27.参照图1，提供一种基于相变材料的吸附管调温装置，包括：底座(1)、柱状支架(2)、相变调温管套(3)，其特征在于，柱状支架(2)均匀分布在底座(1)上，相变调温管套(3)套置在柱状支架(2)上；相变调温管套(3)由空心管和保温层组成，保温层包覆在空心管外围；所述空心管管壁由相变材料制成，所述相变材料封装在柔性聚乙烯塑料中；空心管内径、吸附管外径、柱状支架(2)外径尺寸相匹配。
28.底座(1)由聚四氟乙烯制作，其长度200mm，宽度200mm，上面嵌入6个柱状支架(2)，柱状支架(2)与底座(1)通过螺旋扣式链接或一体式浇铸，可有效防止取用相变调温装置(3)时柱状支架(2)随之脱落。
29.柱状支架(2)由聚四氟乙烯制作，外径尺寸3.6mm，高度85mm。
30.所述空心管外径23.7mm，内径3.7mm，长度85mm，管壁厚度为10mm。
31.所述保温层为聚氨酯层。聚氨酯材料导热系数低，阻热效果好，能有效的阻止作业过程中环境温度和人体接触对相变调温管套造成无效热交换，减少外界对吸附管捕集效率的影响，增加相变调温管套的有效使用时间。
32.所述相变材料的重量份组成为：月桂酸10、十二醇12、癸酸25、纳米蛋白土40；所述
相变材料的相变温度为14℃，相变潜热为209.47j/g。
33.实施例2
34.提供一种使用上述实施例1基于相变材料的吸附管调温装置的调温方法，将该整套装置放于冰箱保存，设置温度12.5℃，使用时，从柱状支架(2)上取下相变调温管套(3)，将采气吸附管插入相变调温管套(3)中，经与相变调温管套(3)接触3～5min钟后，吸附管温度降至使用温度，用此带有相变调温管套(3)的吸附管捕集空气中的挥发性有机化合物，使用完成后，继续将相变调温管套(3)放回柱状支架(2)上，将整套装置放于冰箱中保存。
35.实施例3
36.采用实施例1的吸附管调温装置和实施例2调温方法检测材料总挥发性有机化合物(tvoc)浓度及检测结果。
37.检测一
38.检测对象：商购地坪涂料1，商购地坪涂料2。
39.使用辅材及仪器设备：吸附管(内部填充多孔吸附材料)、环境测试舱、大气恒流采气泵、热脱附-气相色谱质谱联用仪。
40.(1)设置环境测试舱参数如下：23℃、50％rh，空气交换率0.5h-1
，稳定运行6h后，采集环境测试舱内背景浓度c0；
41.(2)取12g地坪涂料1，涂于20cm*30cm的玻璃板上，立即放入环境测试舱；
42.(3)72h后，用两根串联后的吸附管一端连接环境测试舱出气口，一端连接大气恒流采样泵，采集环境测试舱内空气，环境测试舱内空气在大气恒流采样泵的作用下流经吸附管，挥发性有机化合物被富集在吸附管中，用热脱附将富集在吸附管中的vocs脱附出，注入气相色谱质谱联用仪中，外标法测试总挥发性有机化合物(tvoc)浓度。
43.所述吸附管分别采用普通吸附管和带有本发明相变调温管套的吸附管；环境温度40℃下进行采气。
44.在同样条件下，对地坪涂料2进行检测。
45.检测结果如下：
[0046][0047]
注：表格中数据单位：mg/m3。
[0048]
检测二
[0049]
检测对象：商购弹性地垫。
[0050]
使用辅材及仪器设备：吸附管(内部填充多孔吸附材料)、环境测试舱、大气恒流采气泵、热脱附-气相色谱质谱联用仪。
[0051]
(1)设置环境测试舱参数如下：40℃、20％rh，空气交换率1.0h-1
，稳定运行6h后，采集环境测试舱内背景浓度c1；
[0052]
(2)取0.4m2弹性地垫，立即放入环境测试舱；
[0053]
(3)24h后，用两根串联后的吸附管一端连接环境测试舱出气口，一端连接大气恒流采样泵，采集环境测试舱内空气，环境测试舱内空气在大气恒流采样泵的作用下流经吸附管，挥发性有机化合物被富集在吸附管中，用热脱附将富集在吸附管中的vocs脱附出，注
入气相色谱质谱联用仪中，外标法测试总挥发性有机化合物(tvoc)浓度。
[0054]
所述吸附管分别采用普通吸附管和带有本发明相变调温管套的吸附管。
[0055]
检测结果如下：
[0056][0057]
注：表格中数据单位：mg/m3。
[0058]
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。