專利名稱：用于測定吸附劑的甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于室內(nèi)環(huán)境檢驗(yàn)領(lǐng)域，特別涉及一種用于測定吸附劑的甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn) 裝置及其測定方法。
背景技術(shù)：
甲醛是室內(nèi)主要污染物之一，它已被世界衛(wèi)生組織(WHO)確定為致癌物。室內(nèi)甲醛的 主要來源有膠合板、刨花板、纖維板等裝飾裝修材料。研究者提出在建材中添加吸附劑來 控制甲醛的源頭散發(fā)，它的前提是吸附劑對甲醛有優(yōu)良的吸附性能。分離系數(shù)是表征吸附
劑吸附性能的參數(shù)。 一般來講，吸附劑分離系數(shù)的測定方法可以大致分為兩類動(dòng)態(tài)法和 靜態(tài)法。動(dòng)態(tài)法是固定進(jìn)口氣體濃度穿過吸附劑的堆積床，實(shí)時(shí)檢測出口濃度一直到進(jìn)口 濃度水平，通過積分進(jìn)出口濃度的差值計(jì)算分離系數(shù)。這種方法的不足是要求一個(gè)非?？?靠的進(jìn)氣裝置保證進(jìn)口濃度恒定，否則進(jìn)口濃度的波動(dòng)會(huì)給最終結(jié)果帶來較大誤差。靜態(tài)
法是將已知質(zhì)量的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)注入干凈的密閉環(huán)境艙中并測試濃度衰減到平衡狀 態(tài)。和前面的動(dòng)態(tài)法相比，靜態(tài)法更便于研究吸附劑的吸附性能。但是，文獻(xiàn)中已經(jīng)測試 的VOC在常溫常壓下存在液態(tài)，可以通過用注射器計(jì)量體積的方法方便地確定注入的質(zhì) 量，而甲醛在常溫常壓下不存在液態(tài)(沸點(diǎn)-21"C),這給確定甲醛的注入量帶來了困難。傳 統(tǒng)測試甲醛的方法如分光光度法等，存在操作復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間，且人為誤差大的缺點(diǎn)。同 時(shí)，環(huán)境的溫度和濕度也會(huì)影響到吸附劑的甲醛吸附性能，而己有的實(shí)驗(yàn)裝置不能很好地 對溫濕度進(jìn)行控制。因此，有必要發(fā)展一種簡單有效的新方法對吸附劑甲醛吸附性能進(jìn)行 測定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有實(shí)驗(yàn)方法的不足，提供一種用于測定吸附劑的甲醛吸附 性能的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法能夠很好控制溫濕度，操 作簡便f具有較高的精度和可信度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于測定吸附劑甲酸吸附性能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征 在于，該實(shí)驗(yàn)裝置包括可以設(shè)定溫度的恒溫水浴，提供載氣的壓縮氣瓶，控制和計(jì)量載氣 流量的干路、支路流量控制器，盛有蒸餾水的洗氣瓶，帶有外套的環(huán)境艙，在線實(shí)時(shí)檢測 甲醛濃度的聲光氣體分析儀以及顯示器；環(huán)境艙的相對側(cè)壁上開有進(jìn)氣口和出氣口，頂部 裝有攪拌風(fēng)扇并開有采樣孔；所述恒溫水浴提供的恒溫?zé)崴畯沫h(huán)境艙周邊外套的上部開口 進(jìn)入，從外套的下部開口返回恒溫水??；壓縮氣瓶l的輸出端通過連接管路與干路流量控 制器的輸入端相連通，干路流量控制器的輸出端分別與支路流量控制器的輸入端及洗氣瓶的入口相連，支路流量控制器的輸出端及洗氣瓶的出口相互相通后再通過連接管路連接至 環(huán)境艙的進(jìn)氣口；所述聲光氣體分析儀的檢測進(jìn)口通過管路連接環(huán)境艙的出氣口，聲光氣 體分析儀的檢測出口端通過管路連接環(huán)境艙的進(jìn)氣口。顯示器與聲光氣體分析儀的數(shù)據(jù)輸 出端相連。
本發(fā)明還提出采用上述實(shí)驗(yàn)裝置測定吸附劑甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟
1) 開啟恒溫水浴，設(shè)定實(shí)驗(yàn)要求的溫度；
2) 密閉環(huán)境艙(環(huán)境艙內(nèi)不放置吸附劑)，打開采樣孔。開啟壓縮氣瓶，通過調(diào)整干路、 支路流量控制器設(shè)定載氣的相對濕度。開啟聲光氣體分析儀，實(shí)時(shí)檢測環(huán)境艙內(nèi)相對濕度 和殘留的甲醛濃度。當(dāng)相對濕度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)定值并且甲醛殘留濃度在允許的范圍 時(shí)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器；
3) 向環(huán)境艙注入確定體積的甲醛氣體后，關(guān)閉采樣孔；聲光氣體分析儀繼續(xù)檢測相 對濕度和甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)；
4) 打開采樣孔，并連接管路至室外；開啟壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器，直至 環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度降至允許的范圍；打開環(huán)境艙，放入待測定的確定體積的吸附劑后密閉； 當(dāng)相對濕度接近設(shè)定值并且甲醛濃度在允許的范圍時(shí)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干路、支路流量控 制器；
5) 向環(huán)境艙注入同步驟3)中相同體積的甲醛氣體后，關(guān)閉采樣孔。聲光氣體分析儀 檢測環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)；
6) 計(jì)算分離系數(shù)。根據(jù)步驟3)和5)，存在質(zhì)量守恒方程
<formula>formula see original document page 5</formula>
聯(lián)立式(1)和(2)，可以得到 <formula>formula see original document page 5</formula>式中，K為環(huán)境艙體積，單位為m、 d為步驟3)中甲醛平衡濃度，單位為kg/m、 & 為注入甲醛氣體的體積，單位為1113; p為注入甲醛氣體的密度，單位為kg/m、 K。為吸附劑 的體積，單位為m、 Q為步驟5)中甲醛平衡濃度，單位為kg/n^《為分離系數(shù)。于是， 根據(jù)式(3)能夠計(jì)算得到吸附的測定的劑吸附甲醛的分離系數(shù)K。
本發(fā)明的特點(diǎn)及效果
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法，采用聲光氣體分析儀在線實(shí)時(shí)檢測甲醛濃度，采樣 氣體經(jīng)過檢測后又返回環(huán)境艙，聲光氣體分析儀的檢測過程不改變氣體組分和濃度，因此 能避免常規(guī)的采樣檢測后對吸附劑吸附平衡的破壞；通過設(shè)計(jì)不放置吸附劑的空白環(huán)境艙 實(shí)驗(yàn)(對應(yīng)上述步驟2)和3))，方便地解決了傳統(tǒng)方法甲醛注入量確定困難的問題；同時(shí)，環(huán)境艙的溫濕度能夠得到很好地控制。這些特點(diǎn)都有助于簡單有效地對吸附劑吸附甲醛的性能進(jìn)行測定。


圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的總體示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的由于測定吸附劑甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn)方法和裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置總體示意圖，如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)裝置包括可以設(shè)定溫度的恒溫水浴IO，提供載氣的壓縮氣瓶l，控制和計(jì)量載氣流量的干路流量控制器2及支路流量控制器
3，盛有蒸餾水的洗氣瓶4，帶有外套的環(huán)境艙6，在線實(shí)時(shí)檢測甲醛濃度的聲光氣體分析儀11以及顯示器12;該環(huán)境艙6的相對側(cè)壁上開有進(jìn)氣口5和出氣口9，頂部裝有攪拌風(fēng)扇7并開有采樣孔8;所述恒溫水浴10提供的恒溫?zé)崴畯沫h(huán)境艙6周邊外套的上部開口進(jìn)入，從外套的下部開口返回恒溫水浴l.O;壓縮氣瓶1的輸出端通過連接管路與干路流量控制器2的輸入端相連通，干路流量控制器2的輸出端分別與支路流量控制器3的輸入端及洗氣瓶4的入口相連，支路流量控制器3的輸出端及洗氣瓶4的出口相互相通后再通過連接管路連接至環(huán)境艙的進(jìn)氣口5;所述聲光氣體分析儀11的檢測進(jìn)口通過管路連接環(huán)境艙6的出氣口9，聲光氣體分析儀11的檢測出口端通過管路連接環(huán)境艙6的進(jìn)氣口。顯示器12與聲光氣體分析儀ll的數(shù)據(jù)輸出端相連。
本發(fā)明的各部件的實(shí)施例詳細(xì)說明如下
本實(shí)施例的壓縮氣瓶1為通用壓縮氣瓶。
本實(shí)施例的干路流量控制器2和支路流量控制器3型號(hào)均為D08-3C/ZM，能夠控制和計(jì)量流量，并顯示流量數(shù)據(jù)。
本實(shí)施例的洗氣瓶4為圓柱形鋼瓶，體積2L。
本實(shí)施例的環(huán)境艙6為不銹鋼材料制造，呈圓柱形，內(nèi)徑300mm，高度430mm，體積30L;不銹鋼環(huán)境艙6的周邊設(shè)置中空的不銹鋼外套，外套上下部各有一開口，供恒溫?zé)崴ㄟ^；外套覆蓋一層黑色橡塑材料保溫。
本實(shí)施例的恒溫水浴10為通用水浴加熱設(shè)備，能夠設(shè)定水浴溫度。本實(shí)施例的聲光氣體分析儀11型號(hào)為INNOVA-1312，其基于聲光紅外線檢測理論檢測氣體濃度，檢測過程不改變氣體的組分和濃度，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測。本實(shí)施例的顯示器12為通用計(jì)算機(jī)的顯示器，用于顯示在線實(shí)時(shí)檢測的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中聲光氣體分析儀連接環(huán)境艙的進(jìn)出口管路采用聚四氟乙烯管。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)施例包括以下步驟
1) 開啟恒溫水浴的溫度控制器，設(shè)定實(shí)驗(yàn)要求的溫度(本實(shí)施為25'C);
2) 密閉環(huán)境艙(本實(shí)施例為不銹鋼環(huán)境艙，其內(nèi)不放置吸附劑)，打開采樣孔。開啟壓
6縮氣瓶，通過調(diào)整干路、支路流量控制器的流量設(shè)定載氣的相對濕度(本實(shí)施例設(shè)定干路流量控制器流量為1L/min，設(shè)定支路流量控制器流量為0.5L/min，使載氣的相對濕度接近50%)。開啟聲光氣體分析儀(INNOVA-1312)，實(shí)時(shí)檢測環(huán)境艙內(nèi)相對濕度和殘留的甲醛濃度。當(dāng)相對濕度達(dá)到設(shè)定值(實(shí)驗(yàn)要求的濕度)并且甲醛殘留濃度在允許的范圍時(shí)(本實(shí)施例設(shè)為0.04ppm以下)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器及洗氣瓶；
3) 利用注射器從采樣孔向環(huán)境艙注入確定體積的甲醛氣體后(本實(shí)施例中注入200ml的甲醛氣體，甲醛氣體可從盛有甲醛氣體的氣瓶中獲取)，關(guān)閉采樣孔；聲光氣體分析儀繼續(xù)檢測相對濕度和甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)(本實(shí)施例判斷平衡狀態(tài)的原則設(shè)定為前后1小時(shí)內(nèi)的平均濃度的相對誤差小于1%);
4) 打開采樣孔，并連接管路至室外；開啟壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器，直至環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度降至允許的范圍；打開環(huán)境艙，放入待測定的確定體積的吸附劑(本實(shí)施例中吸附劑為活性炭纖維，吸附劑的體積可以由吸附劑質(zhì)量除以顆粒密度得到)，然后密閉；當(dāng)相對濕度接近設(shè)定值并且甲醛濃度在允許的范圍時(shí)(即達(dá)到步驟2中的相同條件)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器及洗氣瓶；
5) 向環(huán)境艙注入同步驟3)中相同來源相同體積的甲酸氣體后，關(guān)閉采樣孔。聲光氣體分析儀檢測環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)。判斷平衡狀態(tài)的原則與步驟3)相同；
6) 計(jì)算分離系數(shù)，求解如下所述根據(jù)步驟3)中環(huán)境艙內(nèi)甲醛質(zhì)量守恒有
W, (3)
.根據(jù)步驟5)中環(huán)境艙內(nèi)甲醛質(zhì)量守恒有r cC2=^./7 (2)
聯(lián)立式(1)和(2)，可以得到
r"c2 、"
式中，R為環(huán)境艙體積，單位為m、 d為步驟3)中甲醛平衡濃度，單位為kg/m、 ^為注入甲醛氣體的體積，單位為m、 p為注入甲醛氣體的密度，單位為kg/m、 F。為吸附劑的體積，單位為m、 &為步驟5)中甲醛平衡濃度，單位為kg/m、 A:為分離系數(shù)。于是，根據(jù)式(3)能夠計(jì)算得到吸附劑吸附甲醛的分離系數(shù)K。
本發(fā)明的原理通過設(shè)計(jì)不放置吸附劑的空白環(huán)境艙實(shí)驗(yàn)(對應(yīng)上述步驟2)和3))，方便地解決了使用傳統(tǒng)方法確定甲醛注入量困難的問題；同時(shí)，INNOVA聲光氣體分析儀在線實(shí)時(shí)檢測甲醛濃度，采樣氣體經(jīng)過檢測后又返回環(huán)境艙，檢測過程不改變氣體組分和濃度，避免了采樣檢測對吸附劑吸附平衡的破壞。此外，環(huán)境艙內(nèi)的溫濕度可以得到很好地控制。因此，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法簡單有效地測定了吸附劑甲醛吸附性能。
權(quán)利要求
1、一種用于測定吸附劑甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，該實(shí)驗(yàn)裝置包括可以設(shè)定溫度的恒溫水浴，提供載氣的壓縮氣瓶，控制和計(jì)量載氣流量的干路流量控制器、支路流量控制器，盛有蒸餾水的洗氣瓶，帶有外套的環(huán)境艙，在線實(shí)時(shí)檢測甲醛濃度的聲光氣體分析儀以及顯示器；環(huán)境艙的相對側(cè)壁上開有進(jìn)氣口和出氣口，頂部裝有攪拌風(fēng)扇并開有采樣孔；所述恒溫水浴提供的恒溫?zé)崴畯沫h(huán)境艙周邊外套的上部開口進(jìn)入，從外套的下部開口返回恒溫水?。粔嚎s氣瓶1的輸出端通過連接管路與干路流量控制器的輸入端相連通，干路流量控制器的輸出端分別與支路流量控制器的輸入端及洗氣瓶的入口相連，支路流量控制器的輸出端及洗氣瓶的出口相互相通后再通過連接管路連接至環(huán)境艙的進(jìn)氣口；所述聲光氣體分析儀的檢測進(jìn)口通過管路連接環(huán)境艙的出氣口，聲光氣體分析儀的檢測出口端通過管路連接環(huán)境艙的進(jìn)氣口；顯示器與聲光氣體分析儀的數(shù)據(jù)輸出端相連。
2、 如權(quán)利要求l所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述聲光氣體分析儀連接環(huán)境艙的進(jìn) 出氣口的管路采用聚四氟乙烯管。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述環(huán)境艙為不銹鋼材料制造， 呈圓柱形；不銹鋼環(huán)境艙的周邊設(shè)置的外套為中空的不銹鋼外套，外套上下部各有一開口， 供恒溫?zé)崴ㄟ^；外套覆蓋一層黑色橡塑材料保溫。
4、 采用權(quán)利要求1所述裝置測定吸附劑甲酸吸附性能的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，該 方法包括以下步驟1) 開啟恒溫水浴，設(shè)定實(shí)驗(yàn)要求的溫度；2) 密閉環(huán)境艙，打開采樣孔；開啟壓縮氣瓶，通過調(diào)整干路、支路流量控制器設(shè)定 載氣的相對濕度；開啟聲光氣體分析儀，實(shí)時(shí)檢測環(huán)境艙內(nèi)相對濕度和殘留的甲醛濃度； 當(dāng)相對濕度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)定值并且甲醛殘留濃度在允許的范圍時(shí)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干 路、支路流量控制器；3) 向環(huán)境艙注入確定體積的甲醛氣體后，關(guān)閉采樣孔；聲光氣體分析儀繼續(xù)檢測相 對濕度和甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)；4) 打開采樣孔，并連接管路至室外；開啟壓縮氣瓶和干路、支路流量控制器，直至 環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度降至允許的范圍；打開環(huán)境艙，放入待測定的確定體積的吸附劑后密閉； 當(dāng)相對濕度接近設(shè)定值并且甲醛濃度在允許的范圍時(shí)，關(guān)閉壓縮氣瓶和干路、支路流量控 制器5) 向環(huán)境艙注入同步驟3)中相同體積的甲醛氣體后，關(guān)閉采樣孔；聲光氣體分析儀 檢測環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度變化，直至甲醛濃度達(dá)到平衡狀態(tài)；6) 計(jì)算分離系數(shù)；根據(jù)步驟3)和5)，存在質(zhì)量守恒方程KC,, (1)F cC2=r,p (2) 聯(lián)立式(1)和(2),可以得到<formula>formula see original document page 3</formula>式中，K為環(huán)境艙體積，單位為1113; d為步驟3)中甲醛平衡濃度，單位為kg/l^; ^為注入甲醛氣體的體積，單位為m、 /3為注入甲醛氣體的密度，單位為kg/m ^為吸附劑 的體積，單位為m、 C2為步驟5)中甲醛平衡濃度，單位為kg/m、 iC為分離系數(shù)；于是， 根據(jù)式(3)能夠計(jì)算得到待測定的吸附劑吸附甲醛的分離系數(shù)《。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測定吸附劑甲醛吸附性能的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法，屬于室內(nèi)環(huán)境檢驗(yàn)領(lǐng)域，該實(shí)驗(yàn)裝置包括可以設(shè)定溫度的恒溫水浴，提供載氣的壓縮氣瓶，控制和計(jì)量空氣流量的干路、支路流量控制器，盛有蒸餾水的洗氣瓶，帶有外套的環(huán)境艙，聲光氣體分析儀以及顯示器；環(huán)境艙的相對側(cè)壁上開有進(jìn)氣口和出氣口，頂部裝有攪拌風(fēng)扇并開有采樣孔。聲光氣體分析儀通過管路連接環(huán)境艙的進(jìn)、出氣口。該實(shí)驗(yàn)方法是利用聲光氣體分析儀在線實(shí)時(shí)檢測不放置吸附劑的空白環(huán)境艙和放置吸附劑的環(huán)境艙中的甲醛平衡濃度，計(jì)算得到吸附劑的甲醛吸附性能。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置及其測定方法能夠很好控制溫濕度，操作簡便，具有較高的精度和可信度。
文檔編號(hào)G01N21/17GK101644666SQ20091009217
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者何中凱, 張寅平 申請人:清華大學(xué)