【室內空氣檢測】
       1范圍

　　本標準規定了空氣凈化用光催化材料的定義、原理、材料、測試裝置、分析步驟、結果計算和試驗

　　報告。

　　本標準適用于在氣相環(huán)境中使用的具有空氣凈化能力材料的光催化性能的測試。

　　本標準不適用于液相中使用的光催化凈化材料。

　　2術(shù)語(yǔ)和定義

　　下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標準。

　　2.1

　　光催化劑photocatalyst

　　在一定的光源激發(fā)下，能夠產(chǎn)生光催化作用的材料。

　　2.2

　
       光催化空氣凈化材料photocatalytic materials for air purification

　　利用光催化性能凈化空氣的材料。

　　2.3

　　光催化去除量removal amount by photocatalysis

　　光照條件下，一定面積的光催化材料去除污染物的量，用mg/(h·m2)或mg/(min·cm2)表示。

　　2.4

　　光催化去除率removal ratio by photocatalysis

　　光照條件下，污染物的去除量與其初始量之比，數值以百分數表示。

　　2.5

　　光催化空氣凈化材料性能穩定性performance stability of photocatalytic materials for air purification

　　光催化材料在高濃度污染物的氣氛中經(jīng)長(cháng)時(shí)間光照處理后，測得的光催化降解量與第一次試驗時(shí)測得的光催化降解量的比值，數值以百分數表示。

　　3原理

　　本測試方法是將光催化材料樣品置于含有污染物的空氣中，以獲得其在光作用下凈化空氣的性能。其中，以乙醛作為反應污染物。測試時(shí)，反應氣一次通過(guò)反應器，此時(shí)反應器中的樣品在光照作用下氧化分解乙醛，得到光照后反應器出口處乙醛的濃度，將此值與光照前的乙醛出口濃度比較得出乙醛的光催化降解率。提高反應物濃度，重復測試樣品的乙醛光催化降解量，與第一次測試結果進(jìn)行比較得出光催化性能的穩定性大小。最后以乙醛的光催化降解率和穩定性評價(jià)光催化材料樣品的空氣凈化性能。

　　4材料

　　4.1標準乙醛氣：由乙醛和氮氣(純度為99.99%)混合而成，乙醛濃度為50 mL/m3～200 mL/m3;

　　4.2氧氣：純度為99.99%。

　　5測試裝置

　　測試裝置系統由反應系統和分析系統組成。

　　5.1反應系統組成

　　樣品的光催化性能測試是在連續流動(dòng)反應裝置中進(jìn)行，反應裝置由反應氣供應、光源、光催化反應器組成。由于反應物濃度很低，因此構成裝置的材料必須滿(mǎn)足低吸附性和抗紫外線(xiàn)的要求。測試裝置

　　

 

　　原理圖見(jiàn)圖1所示。

　　5.1.1反應氣供應

　　反應氣由標準乙醛氣和氧氣混合制得。一定溫度下，已知濃度的乙醛反應氣以恒定流量連續通人反應器中。反應氣的流量和乙醛濃度由氣體質(zhì)量控制器分別控制氧氣和標準乙醛氣實(shí)現，兩種氣體經(jīng)混合器混合后進(jìn)人反應器，其流量應控制在設計流量值的5%范圍波動(dòng)。一般的，反應氣的總流量控制在100 mL/min，乙醛的濃度控制在50 mL/m3以下。

　　5.1.2光催化反應器

　　光催化反應器是一全密閉的方型反應器，其內部裝有200 mm*l00 mm大小、可調節高度的支撐塊，測試樣片放置在支撐塊上。支撐塊上方有一與其平行的光路窗口，反應器外部的紫外光通過(guò)此窗口照射到樣片表面。通過(guò)調節支撐塊的高度使得樣片表面與窗口之間的距離大于5.0 mm。反應氣只能在樣片表面和窗口之間通過(guò)。光路窗口材料可選用石英玻璃或硼玻璃。

　　5.1.3光源

　　光源有兩種，依據光催化材料測試要求而定。當測試光催化材料的紫外光催化性能時(shí)，使用紫外光源。紫外光源由主波長(cháng)為365nm、功率為8W的四只管狀紫外燈提供;當測試光催化材料的室內光催化性能時(shí)，使用主波長(cháng)為400nm～760nm、功率為8W的四只管狀熒光燈。四只燈平行固定在光路窗口的上方，每只燈管的間距為2cm～3cm。光在樣品表面各點(diǎn)照度的測量用適合波長(cháng)范圍的光照度計測量。測試時(shí)，標識出樣品表面的兩條對角線(xiàn)，測試每條對角線(xiàn)上相等間隔的5個(gè)點(diǎn)的光照強度，每點(diǎn)光照強度的平均值應為1mW/cm2士O.1mW/cm2，同時(shí)保證燈與樣品最小距離不小于5mm。

　　照度計要求：γ=320nm～400nm,γp=365nm，精度5%，測定范圍：0.1μW/cm2～199mW/cm2。

　　注：當樣品表面的光照強度低于要求時(shí)，適當調整燈管與樣品表面的距離。當無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，應更換燈管。

　　5.2分析系統

　　利用帶有氫火焰離子檢測器(FID)的氣相色譜儀(所用氫氣純度99.99%)在線(xiàn)分析反應器出口處的各物質(zhì)濃度。分析時(shí)也可通過(guò)氣體注射器進(jìn)行離線(xiàn)分析色譜工作條件為：直徑為3mm的PorapakQ型(或PorapakR型)填充柱，柱溫100℃，進(jìn)樣口溫度150℃，FID和TCD檢測器溫度分別為150℃和120℃。載氣為99.999%高純氮氣(也可為高純氦氣)，流速30mL/min～70mL/min。利用FID和TCD分別檢測乙醛和CO2濃度。

　　5.3測試樣品

　　測試樣品通常為長(cháng)200mm±2mm，寬100mm士2mm的片狀材料，樣片的厚度盡量不大于10mm。

　　測試樣品也可以是粒狀材料，測試時(shí)，樣品堆實(shí)在樣品盤(pán)上，其堆放尺寸與片狀材料相同，但厚度盡可能薄，并測得樣品的堆體積。

　　注：若樣品側面吸附性很強，應該在測試前用惰性材料密封。

　　6分析步驟

　　6.1安全提示：紫外燈光照時(shí)應避免紫外光與人體直接接觸。

　　6.2樣品預處理

　　評價(jià)前，樣品預先干燥處理，干燥條件一般為120℃恒溫2h以上，也可以其他方式干燥，前提是不破壞光催化材料本身的外觀(guān)。而后置于紫外燈下光照16h以上，確保其吸附的有機物質(zhì)被分解。光照強度不小于1mW/cm2，并保證照射均勻。樣品預處理盡量在測試前進(jìn)行，處理好應立即評價(jià)。如果不能立即評價(jià)，樣品必須保持在干凈的、無(wú)污染性氣體的氣密性容器中。

　　6.3測試準備

　　6.3.1調節反應物濃度

　　分別調節乙醛標準氣和氧氣的流量，控制反應氣中乙醛濃度約為5.0mL/m3，反應氣流量為100mL/min。利用色譜儀分析反應進(jìn)氣中的乙醛濃度(φAn)，直至連續三次測試值的偏差(E)小于2%。此時(shí)取三次平均值(φAb)為進(jìn)氣中的乙醛濃度(φAo)。

　　6.3.2調節溫度

　　在進(jìn)行6.3.1之中或之后調節室內溫度到(25℃±3℃)。在溫度穩定后才可進(jìn)行后續工作。

　　6.3.3安裝測試樣品

　　將預處理過(guò)的樣品平放在光反應器中的支撐塊上，標識出樣品表面的兩條對角線(xiàn)，測試每條對角線(xiàn)上相等間隔的5個(gè)點(diǎn)的光照強度，調節支撐塊的高度，使得樣品表面每點(diǎn)光照強度的平均值應為1mW/cm2±0.1mW/cm2，同時(shí)保證樣片上表面與石英玻璃窗口的距離為不小于5.0mm，樣品不同位置高度差應小于1.0mm。而后合上石英玻璃窗口，反應器必須保證密封。

　　6.4暗吸附過(guò)程

　　6.4.1去除反應器及樣品中的CO2

　　將反應氣(也可為其他不含CO2的氣體，即氣體中CO2含量小于1.0mL/m3)通人反應器中，定期測量出口處的CO2濃度，直至出口處CO2濃度(φCDpre)穩定且小于1.0mL/m3。此時(shí)光催化材料的活性可用CO2生成量表示。若CO2含量在一段時(shí)間內(不超過(guò)90min)無(wú)法去除至小于1.0mL/m3，此材料的光催化性能無(wú)法用CO2的生成量表示，而只能用乙醛的去除量或去除率表示。此時(shí)說(shuō)明該樣品材料吸附CO2的能力很強。

　　6.4.2暗吸附過(guò)程

　　在6.3.1的過(guò)程中，每隔15min測試出口處的乙醛濃度，當出口的乙醛濃度等于進(jìn)氣中的乙醛濃度，此時(shí)間可為此光催化材料的暗吸附時(shí)間。若30min后乙醛的出口濃度低于進(jìn)氣濃度的90%，則繼續在暗條件下通入反應氣，以出口濃度達到進(jìn)氣濃度的90%所需時(shí)間為暗吸附時(shí)間。此乙醛出口濃度為光照前的乙醛初始濃度(φAPo)。若通人反應氣90min后，乙醛的出口濃度仍低于進(jìn)氣濃度的90%，停止通氣。此時(shí)樣片吸附乙醛性能太強，此方法不適合測其光催化活性。

　　6.5光催化去除量測試

　　6.5.1濃度測試

　　對于符合此方法測試的樣品，暗吸附結束后，繼續穩定地通入反應氣，打開(kāi)紫外燈。每隔15min測試出口氣中乙醛和CO：的濃度。反應至少進(jìn)行3h，直至乙醛濃度穩定。取反應最后1h的平均值(3個(gè)以上的平均)為乙醛的出口濃度(φAP)。此值用于計算去除量和去除率。

　　6.5.2停止光照過(guò)程

　　停止光照，繼續通氣30min。在此期間測量出口氣中的乙醛濃度，取平均值，確保乙醛濃度等于進(jìn)氣中的乙醛濃度(5.0mL/m3)。對于滿(mǎn)足6.4.1中可用CO2生成量衡量光催化性能的樣品，同時(shí)測出口氣中的CO2濃度(φCDpost)，該值與光照前的CO2濃度(φCDPtt)大小差異應小于1.0mL/m3。

　　6.6穩定性測試

　　按6的步驟在高濃度污染物氣氛中反應，此時(shí)反應氣中的乙醛濃度為正常反應時(shí)的5倍，反應時(shí)間24h后，將乙醛濃度重新調整為5mL/m3，繼續反應3h，以反應最后1h的乙醛濃度平均值作為出口濃度。

　　注：測試過(guò)的樣品重新進(jìn)行測試時(shí)。需按6.2重新進(jìn)行預處理。

　　6.7低光催化去除率的樣品測試

　　按照上述條件測得樣品的光催化去除乙醛率較低時(shí)(去除率小于5.0%)，可通過(guò)降低反應氣的流量而提高去除率。反應氣流量的改變通常按倍數減少。例如，可由原先的100mL/min降至50mL/min。

　　若得出去除率還是較低時(shí)，可將反應氣流量繼續減半至25mL/min。而后同樣按7計算結果。

　　7結果計算

　　7.1三次測試值偏差以E計，數值以%表示，按式(1)計算

　　

 

　　式中：

　　φAn--第n次乙醛濃度測試值的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3)

　　φAa--三次測試算術(shù)平均值的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3)。

　　7.2乙醛光催化去除量以(QA，數值以mg/(h·m2)表示，按式(2)計算：

　　

 

　　式中：

　　φAPO--反應氣中乙醛初始濃度的數值(光照前乙醛的出口濃度)，單位為毫升每立方米(mL/m3)

　　φAP--光照下乙醛出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/ms);

　　ρA--乙醛氣體密度的數值，單位為克每升(g/L)[可用M/22.4表示(M為乙醛分子量)];

　　F--標準狀態(tài)下反應氣流量的數值，單位為升每分(L/min);

　　S--樣品有效面積的數值(等于邊框所限面積的數值)，單位為平方米(m2)。

　　7.3乙醛光催化去除率以Pr計，數值以%表示，按式(3)計算：

　　

 

　　式中：

　　φAPO--反應氣中乙醛初始濃度的數值(光照前乙醛的出口濃度)，單位為毫升每立方米(mL/m3)

　　φAP--光照下乙醛出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3)。

　　7.4穩定性以D計，數值以%表示，按式(4)計算：

　　

 

　　式中：

　　QAS--按6.6穩定性試驗后測得的乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)平方米

　　[Mg/(h·m2)];

　　QA--乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)平方米[mg/(h·m2)]。

　　7.5 CO2的生成量以Qc計，數值以mg/(h·m2)表示，按式(5)計算：

　　

 

　　式中：

　　φCP--光照下CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3);

　　φCD--無(wú)光照下CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3);

　　ρC--CO2氣體密度的數值，單位為克每升(g/L)，[可用M/22.4表示(M為CO2分子量)];

　　F--標準狀況下反應氣流量的數值，單位為升每分(L/min);

　　S--樣品有效面積的數值(等于邊框所限面積的數值)，單位為平方米(m2)。

　　無(wú)光照下CO2的濃度(φCD)是光照前和停止光照后兩種情況下CO2濃度的平均值，此時(shí)兩種CO2

　　濃度(φCDpre和φCDpost)大小差異應小于1.0mL/m3。其結果按式(6)計算：

　　

 

　　式中：

　　φCDpre --光照前CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3);

　　φCDpost --停止光照后CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3)。

　　7.6乙醛的礦化率以Mr計，數值以%表示，按式(7)計算：

　　

 

　　式中：

　　QA--乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)平方米[mg/(h·m2)]。

　　QC--二氧化碳(CO2)的生成量的數值，單位為毫克每小時(shí)平方米[mg/(h·m2)]。

　　7.7對于粒狀樣品，乙醛光催化去除量QA、穩定性D、二氧化碳生成量Qc和乙醛礦化率分別按7.7.1

　　中公式(8)、7.7.2中公式(9)、7.7.3中公式(10)和7.7.4中公式(11)計算，而光催化去除率依然按7.3

　　中公式(3)計算。

　　7.7.1乙醛光催化去除量以Qm計，數值以mg/(h·m3)表示，按式(8)計算：

　　

 

　　式中：

　　φAPO--反應氣中乙醛初始濃度的數值(光照前乙醛的出口濃度)，單位為毫升每立方米(mL/m3)

　　φAP --光照下乙醛出口濃度的數值，單位為毫井每立方米(mL/m3);

　　ρA--乙醛氣體密度的數值，單位為克每升(g/L)[可用M/22.4表示(M為乙醛分子量)];

　　F--標準狀態(tài)下反應氣流量的數值，單位為升每分(L/min);

　　V--樣品堆體積的數值，單位為立方米(m3)。

　　7.7.2穩定性以D計，數值以%表示，按式(9)計算：

　　

 

　　式中：

　　Qas--按5.5穩定性試驗后測得的乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)立方米[mg/(h·m3)];

　　Qa--乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)立方米[mg/(h·m3)]。

　　7.7.3 CO2的生成量以Qc計，數值以mg/(h·m3)表示，按式(10)計算：

　　

 

　　式中：

　　φCP --光照下CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3);

　　φCD --無(wú)光照下CO2出口濃度的數值，單位為毫升每立方米(mL/m3)，其結果按式(6)計算

　　ρc --CO2氣體密度的數值，單位為克每升(g/L)，[可用M/22.4表示(M為CO2分子量)]

　　F --標準狀況下反應氣流量的數值，單位為升每分(L/min);

　　V --樣品堆體積的數值，單位為立方米(m3)。

　　7.7.4 乙醛的礦化率以Mr計，數值以%表示，按式(11)計算：

　　

 

　　式中：

　　Qa --乙醛光催化去除量的數值，單位為毫克每小時(shí)立方米[mg/(h·m3)];

　　Qc --二氧化碳(CO2)的生成量的數值，單位為毫克每小時(shí)立方米[mg/(h·m3)]。

　　8試驗報告

　　試驗報告包括以下內容，其中d)和e)必須包含在每個(gè)報告中。

　　a)試驗日期、溫度等;

　　b)試驗樣品說(shuō)明(規格、材料、形狀等);

　　c)試驗裝置說(shuō)明;

　　d)試驗條件(反應氣流量、反應污染物濃度、光源種類(lèi)、輻照強度、氣相色譜型號等)

　　e)試驗樣品的光催化去除量、光催化去除率和穩定性;

　　f)對于適合6.4.1的樣品，注明CO2的生成量及乙醛礦化率;

　　g)備注(包括試驗過(guò)程中的特殊現象及變化等)。


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