超声波对家具板材中甲醛、TVOC扩散运动的影响研究

谢安杰 苏云鹏 梁勇 黄璐璐 覃仁港

（广西分析测试研究中心，广西 南宁 530022）

【摘 要】随着生活水平的提高，人们对家居装饰的美观要求越来越高。然而，室内空气污染对人体健康造成的危害日益严重，因此寻求一种安全有效的解决方法有着非常重要的意义。文章对家具板材中甲醛、TVOC在超声波作用下的扩散情况进行了研究，经过计算分析，证明超声波的作用可以满足室内空气治理中安全、快速、有效的要求。

【关键词】超声波；扩散系数；安全；快速；有效

【中图分类号】TS664 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）07-0113-03

在家居装饰中，板材家具已成为室内空气污染的主要来源。因为工艺的需要，板材家具中或多或少都要使用到胶黏剂、涂料，这是甲醛、苯系物、TVOC的主要根源。而这些挥发物挥发后主要存在于板材的孔隙与家具的缝隙中。研究这些挥发物的去除与控制是室内空气治理的关键。

超声波是指频率高于20 000 Hz的声波，是一种机械波，可在气体、固体、固熔体等介质中有效传播。超声波可传递很强的能量，会产生反射、干涉、叠加和共振现象。气体在超声波的作用下，有效扩散系数大幅度增加。利用超声波的这些特性，可达到安全、快速、有效去除家具板材中有害气体的目的。

1 材料与方法

1.1 实验仪器及材料

1.1.1 实验仪器

THD-2012D型超声波发生器（深圳市太和达科技有限公司）；换能器（20 K，28 K，68 K，80 K，100 K，128 K）；多参数分光光度计（德国WTW phtolab 66UV

-VIS）；气相色谱仪（安捷伦6 890 N）。

1.1.2 试剂

甲醛标准溶液（CH2O）：101μg/mL，标准号GBW（E）0817011503（北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司）。

甲醇中VOCs标准：1 000 μg/mL，标准号600903（国家环境保护总局标准样品研究所）。

酚试剂[C6H4SN（CH3）C：NNH2·HCl，简称NBTH]：AR级，天津市北联精细化学品开发有限公司。

1.1.3 材料

纤维板（5 cm×15 cm）；气袋（2 L）；干燥器（4 L）。

1.2 实验方法

实验一工艺流程如图1所示。

将纤维板置于干燥器中，底部以20 mL酚试剂为吸收液吸收释放出来的甲醛，用分光光度法测定甲醛含量。改变超声波的频率和作用时间，研究超声波对板材甲醛释放量的影响。超声波发生器工作的频率为20、28、68、80、100、128 kHz，时間分别为0、30、50、70 min，然后置于干燥器内在25 ℃下恒温20 h，取5 mL吸收液测定甲醛含量。再用原样在没有超声波作用下恒温20 h，测定甲醛含量，结果见表1和表2。根据实验结果绘制成折线图（如图2、图3所示）。

实验二工艺流程如图4所示。

将纤维板置于气袋中，改变超声波的频率和作用时间， 研究超声波对板材中TVOC释放量的影响. 超声波发生器工作的频率为20、28、68、80、100、128 kHz，时间分别为0、30、50、70 min，然后置于气袋中在25 ℃下恒温20 h，测定TVOC含量。再用原样在没有超声波作用下恒温20 h，测定TVOC含量，结果见表3和表4。根据实验结果绘制成折线图（如图5、图6所示）。

2 结果与讨论

2.1 超声波对甲醛释放量的影响

结合表1和图2可以看出：{1}在作用时间为零时，纤维板的20 h甲醛释放量平均浓度为12.9 mg/L，标准偏差为0.5。说明在没有超声波作用下的时候，纤维板的甲醛释放量比较稳定。{2}经过30、50、70 min超声波作用后，纤维板的20 h甲醛释放量平均浓度分别为51.7、51.8、52.6 mg/L，说明在超声波作用下纤维板的20 h甲醛释放量有大幅的提升，而与作用时间的关系变化不大。{3}从不同频率的结果来看，最大值出现在频率128 kHz下，浓度分别为53.1、53.3、54.3 mg/L，说明甲醛的扩散系数受超声波的频率影响，在频率128 kHz下扩散系数最大。

结合表2和图3可以看出：{1}作用时间为零的纤维板，20 h甲醛释放量平均浓度为12.2 mg/L，与第一次的12.9 mg/L相比仅减少了0.7 mg/L，说明在没有超声波作用下的时候，纤维板的甲醛释放量比较稳定，而且能维持很长的时间。{2}经过不同时间、不同频率超声波作用后，纤维板的20 h甲醛释放量平均浓度为0.65 mg/L，标准偏差为0.02，说明经30 min以上的超声作用后，甲醛释放量基本稳定，都处于非常低的水平。

2.2 超声波对TVOC释放量的影响

结合表3和图5可以看出：{1}在作用时间为零时，纤维板的20 h TVOC释放量平均浓度为1.6μg/L，标准偏差为0.15。说明在没有超声波作用下的时候，纤维板的TVOC释放量比较稳定。{2}经过30、50、70 min超声波作用后，纤维板的20 h TVOC释放量平均浓度分别为8.6、8.6、8.7 μg/L，说明在超声波作用下纤维板的20 h TVOC释放量有大幅的提升，而与作用时间的关系变化不大。{3}从不同频率的结果来看，最大值出现在频率68 kHz下，浓度分别为8.8、8.8、8.9 μg/L，说明TVOC的扩散系数受超声波的频率影响，在频率68 kHz下扩散系数最大。

结合表4和图6可以看出：{1}作用时间为零的纤维板，20 h TVOC释放量平均浓度为1.6μg/L，与第一次的1.6 μg/L相比并没有减少，说明在没有超声波作用下的时候，纤维板的TVOC释放量比较稳定，而且能维持很长的时间。{2}经过不同时间、不同频率超声波作用后，纤维板的20 h TVOC释放量平均浓度为0.03 μg/L，标准偏差为0.008，说明经30 min以上的超声作用后，TVOC释放量基本稳定，且都处于非常低的水平。

3 结论

在超声波的作用下，甲醛、TVOC的扩散系数有大幅的提升，且与超声波的频率有关。应用于室内空气治理时，选择128 kHz的换能器，对甲醛的清除效果最好，选择68 kHz的换能器对TVOC的清除较好，只要经过30 min以上的超声处理，甲醛清除率达95%以上，TVOC清除率达98%以上。用超声波作为治理室内空气有害气体的媒介，具有简单、经济的优点，不会产生二次污染。其缺点是还不能达到彻底根除，技术瓶颈是能量传导损失。如果能够有效解决这一技术瓶颈，将会产生巨大的经济价值。

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[责任编辑：陈泽琦]

【基金项目】本文系自治区直属公益性科研院所基本科研业务费专项，项目名称“超声波对家具中甲醛、苯、TVOC等污染物加速挥发性能的研究”（合同编号：2013ACZ02）。

【作者简介】谢安杰，男，广西分析测试研究中心助理工程师，从事化学分析与空气监测工作。