空气净化器去除甲醛测试方法探究

周卓为，马向东，叶智坚，杨永强，魏洪昭

(广州中科检测技术服务有限公司，广东 广州 510650)

1 引言

21世纪以来，我国经济快速发展，人们为了追求居住环境的便利性和舒适性，室内装饰装修越来越豪华，各种各样新型建材的广泛使用，导致室内环境污染问题越来越严重。

我国室内环境监测中心及健康医疗中心总结的数据表明，甲醛、苯、氨及放射性4类污染是造成室内环境污染的主要因素，其中甲醛为污染之首[1]。国际癌症研究机构(IARC)已确认甲醛为第1类人类致癌物质，还可能诱发儿童白血病[2]，世界卫生组织于2010年发布《室内空气质量指南》，首次对危害身体健康的室内有毒气体作量化标准进行公布，并提出甲醛作为室内主要污染物，其安全标准为0.10 mg/m3[3]。也有研究表明甲醛的释放长达3～15年之久[4]，所以去除室内空气中甲醛是一项长期而艰巨的任务。

为了提高室内空气质量水平，需要使用空气净化器对室内空气进行净化，但是目前市面上空气净化器种类繁多，质量良莠不齐，目前评价空气净化器性能的标准为《空气净化器》(GB/T18801-2015)[5]，其中洁净空气量(Clean Air Delivery Rate，CADR)为评价空气净化器性能的主要指标，其实际含义为洁净空气输送的速率，该标准中并未提到空气净化器对化学污染物的去除率的测试。选用甲醛作为目标污染物，采用《空气净化器》标准中“衰减法”测试A品牌空气净化器甲醛净化效果，也采用法国标准(NF B44-200)风道系统测试台的“过滤效率法”，测试A品牌空气净化器核心部件(过滤网)的单次过滤效率，并分析在不同测试模式下该净化器所净化甲醛的量。

2 实验

2.1 实验设备

风道系统测试台，广州澳企实验室技术股份有限公司；30 m3试验舱，广州澳企实验室技术股份有限公司；智能皂膜流量计，7030型，青岛崂应环境科技有限公司；空气采样泵，2020型，青岛崂应环境科技有限公司；紫外可见分光光度计，752N，上海仪电分析电器有限公司；空气净化器，A品牌。

2.2 材料与试剂

10 mL大型气泡吸收管；10 mL具塞比色管；甲醛溶液(36%～38%)；水中甲醛溶液标准物质100 μg/mL(GBW081701)；酚试剂吸收液(0.05 g/L)；硫酸铁铵(10 g/L)。

2.3 实验内容

2.3.1 甲醛标准曲线

首先将100 μg/mL的甲醛标准溶液用纯水稀释至10 μg/mL，然后取该溶液10.0 mL放入100 mL容量瓶中，再加入5 mL 1.0 g/L的酚试剂，用水定容至100 mL，放置30 min后，用于配制标准色列管。取10 mL具塞比色管，按表1绘制甲醛标准曲线。

表1 甲醛标准系列

在各管中加入0.4 mL硫酸铁铵溶液摇匀，放置15 min。在630 nm波长下测定各管溶液吸光度。以甲醛含量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，并计算其斜率，以斜率倒数作为样品测定的计算因子Bs(μg/吸光度)[7]。

2.3.2 “衰减法”测试甲醛净化效果

(1)对照组测试。30 m3试验舱如图1(a)所示，开启高效空气过滤器，净化试验舱内空气，启动试验舱内温湿度调控装置，使室内温度和相对湿度达到规定状态。然后于试验舱内发生甲醛气体，使舱内浓度达到1.0 mg/m3左右，待试验舱内气体搅拌均匀后，采集初始浓度，开始计时，实验过程中，每5 min采集1次，全部采样时间为60 min。

(2)样品组测试。实验准备过程参照对照组，待试验舱内气体搅拌均匀后，采集初始浓度，开启待测试空气净化器，实验过程中，每5 min采集1次，全部采样时间为60 min。

2.3.3 “过滤效率法”测试甲醛净化效果

(1)对照组测试。风道系统测试台如图1(b)所示，调试风道系统测试台，采集背景浓度，当风量稳定后，开始发生污染物，在不安装过滤器的条件下，同时采集上下游6组污染物浓度，然后停止发生污染物，用洁净空气吹扫试验台，待试验台的浓度低于背景浓度时，停止实验。

(2)样品组测试。实验准备过程参照对照组，将空气净化器活性炭滤网安装至风道系统上，当风道的风量稳定后，开始发生污染物，同时采集上下游6组污染物浓度，然后停止发生污染物，用洁净空气吹扫试验台，待试验台的浓度低于背景浓度时，停止实验。

图1 30 m3试验舱(a)、风道测试系统(b)

3 结果与讨论

(1)甲醛标准曲线。分别对0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5 μg和2.0 μg标准系列浓度进行测定，测试数据如表2所示。

表2 甲醛标准工作曲线测试数据

以甲醛含量m(μg)为横坐标，吸光值A为纵坐标绘制标准曲线，标准曲线图见图2。

图2 甲醛标准曲线

(2)“衰减法”测试甲醛净化效果见表3。

自然衰减率公式为：

(1)

式(1)中：Nt为自然衰减率，%；C0为对照组试验舱内初始甲醛浓度，mg/m3；Ct为t时刻对照组试验舱内甲醛浓度，mg/m3。

去除率公式为：

(2)

由公式(2)得在30 m3试验舱内，60 min内试验舱内甲醛浓度由1.02 mg/m3下降到0.01 mg/m3，去除率为98.93%。

(3)“过滤效率法”测试甲醛净化效果见表4、5。

过滤效率公式为：

(3)

式(3)中：η为过滤效率，%；C1为上游平均浓度，mg/m3；C2为下游平均浓度，mg/m3。

去除率公式为：

k′=η2-η1

(4)

式(4)中：k′为去除率，%；η1为对照组过滤效率，%；η2为样品组过滤效率%。

由公式(4)计算得该过滤网单次过滤效率k′=52.69 %。

(4)分析讨论。“衰减法”累积甲醛去除量公式为：

(5)

“过滤效率法”累积甲醛去除量公式为：

m2=Q×k′×C1×t

(6)

式(6)中：m2为tmin过滤网所累积的甲醛量，mg；Q为风道测试风量，m3/h；k′为去除率，%；C1样品组上游平均浓度，mg/m3；t为测试时间，min。

表3 对照组测试数据

注：采样速率：0.5 L/min；采样时间：4 min

表4 对照组测试数据

表5 样品组测试数据

注：风道测试风量：300 m3/h；采样速率：0.5 L/min；采样时间：4 min

采用“衰减法”在30 m3试验舱，测试A品牌空气净化器的整机对甲醛的去除能力，以及采用“过滤效率法”在风道系统测试台测试该品牌空气净化器核心部件“过滤网”对甲醛的去除能力，两种测试方式60 min甲醛去除率如图3所示。

图3 衰减法与过滤效率法60 min甲醛去除量

由于“衰减法”在密闭的30 m3试验舱内进行测试，甲醛总浓度一定，随着空气净化器的运行时间延长，最终该空气净化器的甲醛去除量趋于稳定，由公式(5)得60 min甲醛去除量为30.2 mg；然而在风道系统中，由于甲醛污染物为低浓度持续发生，由公式(6)得60 min内过滤网所累积的甲醛量仅为64.2 mg，其性能并未发生大的变化，所以在60 min“过滤效率法”依然保持不变。