室内空气品质(IAQ)与人体健康密切相关。通过对杭州市部分新装修住宅中的甲醛、苯、氨、TVOC、氡的检测发现，杭州市新装修住宅的室内空气品质总体情况不容乐观，其中TVOC、甲醛、氨超标率分别为53.3%、50%、16.7%。讨论了改善室内空气品质的方法和措施，主要探讨了用纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料和部分室内植物吸收降解室内主要污染物甲醛的效果。并以玻璃纤维为载体，用溶胶-凝胶法自制锐钛矿型TiO2光催化材料，分别对400℃、450℃、500℃下制备的纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料进行降解甲醛的实验，结果表明450℃下制备的TiO2光催化材料具有最佳的光催化活性。对7种室内植物吸收甲醛的实验表明，利用室内植物来改善室内空气品质是有效的。
关键字：室内空气品质 纳米二氧化钛 光催化降解 室内植物
1 引言
人有80%以上的时间是在室内度过的，室内空气环境的优劣直接影响人体健康。随着室内建筑装饰日趋高档，各种建筑装饰材料、化工产品、家用电器和办公设备的大量使用，室内空气污染物的来源和种类日益增多，加之现代建筑的密闭性的增加，空调使用日益普及，使得建筑物通风换气不畅，也加剧了室内空气的污染程度。
2 杭州市住宅室内空气品质现状
为了了解目前住宅室内空气品质的现状，我们对杭州市区不同地点新装修的9套（30个房间）住宅，按照《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）规定的污染物指标及采样和检测要求，对室内5个污染物指标进行了检测，这5个污染物分别是：氡、甲醛、苯、氨和可挥发性有机化合物总量（TVOC）。
检测采样和检测方法符合《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）的有关规定。其中甲醛和氨采用分光光度法，所用仪器为UV2102-PC分光光度计；苯及挥发性有机化合物总量（TVOC）采用Agilent 6820气相色谱仪；氡采用1027氡测定仪。检测结果见表1。
从本次检测结果看，苯和氡全部合格，超标率最高的为TVOC，达53.3%，其余依此为甲醛50%，氨 表1 杭州市部分住宅室内空气品质检测结果
游离甲醛 苯 氨 TVOC 氡
（mg/m3） （mg/m3） （mg/m3） （mg/m3） （Bq/m3）
样本总数 30 30 30 30 30
超标率 50% 0% 16.7% 53.3% 0%
最高值 0.38 0.04 0.87 1.80 96.2
最低值 0.01 未检出 未检出 0.01 未检出
平均值 0.1 0.01 0.12 0.63 6.66
规范标准 0.08 0.09 0.2 0.5 200
16.7%。甲醛和
TVOC的平均值
都已超标，其中甲醛超标最为严重的房间为国家标准的4.75倍，氨为4.35倍，TVOC为3.6倍。由此可见杭州市新装修住宅的室内空气品质总体情况不容乐观，主要的污染物是甲醛和TVOC，而且超标率达50%以上。
3 改善室内空气品质的方法和措施
改善室内空气品质的方法和措施有多种，本文主要讨论利用纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料和部分室内植物改善室内空气品质的效果。
3.1使用绿色环保建筑材料和装饰材料
传统的建筑材料和装饰材料能释放大量有害物质，成为室内空气最主要的污染源之一，
因此在建筑材料和装饰材料的选择上，应考虑选用有害物含量低的绿色环保材料。如果能采取合理的方法控制甚至排除污染源，这要比等到污染物进入空气环境以后再加以治理的效果要好得多。
3.2自然通风控制方法
自然通风能稀释和排除室内空气污染物，用自然通风方式是减少室内空气污染物浓
度有效的方法和主要的途径之一，利用自然通风控制方法能有效地提高室内空气品质。
3.3化学控制方法
化学控制方法主要是向空气中或含污染物材料喷洒某种化合物，它能与某种有害气体
产生化学反应，从而达到消除该有害物的目的。使用该方法要注意以下四方面的问题：一是由于有害气体种类很多，一种消除剂也只能与其中一种或几种有害气体发生作用；二是喷洒后能降低有害气体浓度，当时间一长，污染物又会释放到空气中来；三是消除剂本身是否会成为新的污染源；四是消除剂与有害气体反应以后的生成物是否又会引起新的二次污染。
半导体的能带结构通常是由高能导带（conduction band ，CB）和低能价带（valence band，VB）组成的，它们之间由禁带分开。锐钛矿型TiO2的禁带宽度（带隙，Eg）为3.2eV，当用能量大于等于禁带宽度的光照射半导体时，价带上的电子（e-）受到激发跃迁至导带，在价带上产生相应的空穴（h+），形成电子（e-）/空穴（h+）对。半导体光吸收阈值λg与禁带宽度Eg有以下关系式：
λg（nm）=1240/ Eg(eV)
由上式可知，TiO2光催化照射的最大波长为387.5 nm。
TiO2光致空穴的能量为7.5 eV，具有强氧化性，光生电子具有强还原性。电子和空穴迁移至半导体粒子表面，参与并加速氧化还原反应。由于电子和空穴存在复合的可能，如果不抑制电子和空穴的复合，那么其复合过程在不到10-9秒的时间内即可完成，其能量就消耗殆尽，光化学反应也就无法顺利进行。因此，必须有合适的电子、空穴俘获剂，来抑制电子和空穴的复合。空穴俘获剂通常是TiO2表面吸附的OH¯ 基团，其将空穴俘获后产生·OH，研究表明，·OH是光催化反应中主要的氧化剂。电子的俘获剂主要是吸附与TiO2表面的氧，它既能抑制电子和空穴的复合，同时形成Ｏ, O2-经质子化作用后成为·OH的又一来源。当TiO2表面主要吸附物为OH¯ 和Ｈ2Ｏ时，它们俘获空穴产生强氧化剂·OH，通过·OH来氧化相邻有机物，也可扩散到液相中氧化有机物。当TiO2表面主要吸附物为有机物时，空穴也可直接氧化有机物。·OH具有很强的氧化分解能力，它可以分解或降解几乎所有的有机化合物和一部分的无机物，同时它可以破坏细菌的细胞膜，固化病毒的蛋白质，使病原微生物死亡，在杀菌的同时分解细菌尸体上释放出的有害物，具有杀菌、防霉作用。
我们用钛酸四丁酯、乙醇、硝酸、蒸馏水按一定比例混合，采用溶胶-凝胶法（SOL-GEL），以玻璃纤维为载体，分别在三个不同的晶型转化温度下，自制纳米TiO2光催化材料，并分别在静止密闭空间和模拟空调房间内进行了降解甲醛气体（CH2O）的实验，取得了较好的效果。将溶胶附着在玻璃纤维上，凉干后放入马福炉，以20C/min的升温速率，加热到一定温度。三次实验加热的最终温度分别为4000C、4500C、5000C，得到的材料标号相应为A、B、C。经浙江理工大学分析测试中心用SEM，对这三种温度下得到的材料进行测试分析，结果如图1所示。
（a）4000C （b）4500C （c）5000C
图1 SEM测试
结果表明4500C下得到的纳米TiO2晶粒及分布为最佳。
在0.5×0.5×0.5m的含有甲醛气体的密闭玻璃容器
中，放入自制的纳米TiO2光催化材料，同时放入功率为6W，
波长为287 nm的紫外灯。用PPM Formaldemeter 400甲醛
测试仪测试容器内甲醛的初始浓度，再将紫外灯打开1分钟
后关闭，测试当时容器中甲醛浓度，如此重复，每次紫外灯
开灯时间均为1分钟，测试得到8个浓度值。
用A、B、C三种材料分别进行了降解实验，实验数 图2 密闭玻璃容器实验装置示意图
据见表1。A、B、C三种材料表面积分别为0.0655 m2、0.0618 m2、0.0659 m2。
从表2数据可以得到材料A、B、C单位面积平均降解速率分别为15.1、13.9、11.1，单位为ppm/m2min。表1数据表明，在甲醛气体浓度较高时，降解速率较快。由于材料A测试的初始浓度较高，因此材料A的单位面积平均降解速率为最高，如果排除材料A的初试浓度点，则其单位面积平均降解速率为13.0（ppm/m2min）。材料C即使在初始浓度为最高的情况下，其降解速率仍为最低。因此，三种材料中，以降解速率高低排序为材料B、材料A、材料C。A、B、C三种材料在相同时间内对容器中甲醛的降解率分别为87.5%、97.7%、65.4%。
表2 密闭玻璃容器中降解甲醛气体实验数据
测量序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8
材料A降解下的甲醛浓度(ppm) 8.50 7.01 5.64 4.77 3.96 3.09 2.27 1.68 1.06
材料A单位面积降解速率（ppm/m2min） 22.7 20.9 13.3 12.4 13.3 12.5 9.0 9.5
材料B降解下的甲醛浓度(ppm) 7.01 5.96 4.92 3.91 2.82 1.90 1.10 0.54 0.16
材料B单位面积降解速率（ppm/m2min） 17.0 16.8 16.4 17.7 14.9 13.0 9.1 6.2
材料C降解下的甲醛浓度(ppm) 8.93 8.09 7.79 7.04 6.17 5.40 4.57 3.70 3.09
材料C单位面积降解速率（ppm/m2min） 12.8 4.6 11.4 13.2 11.7 12.6 13.2 9.3
模拟空调房间的实验装置如图3所示,空调
房间的尺寸为0.9×1×2.08m，TiO2光催化滤网
的迎风速度为1.6m/s,为全回风自循环系统，通
风量为0.196m3/s。将TiO2光催化材料置于风道
中的空气过滤器上，同时将紫外灯也放入风道内。
紫外灯每开30秒后关闭，测试模拟房间内的甲
醛浓度，重复测试9次，降解率为93.4%。实验
数据见表3。 图3 模拟空调房间实验装置示意图
表3 模拟空调房间中降解甲醛气体实验数据
测量序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
房间内甲醛浓度(ppm) 0.91 0.55 0.42 0.30 0.23 0.19 0.13 0.09 0.08 0.06
降解速率（ppm/min） 0.72 0.26 0.24 0.14 0.08 0.12 0.08 0.02 0.04
3.5植物净化室内空气
植物进行光合作用需要吸收大量的CO2，同时它能释放出大量的O2，能使室内空气中的CO2和O2相对平衡稳定。植物还能截留空气中的飘尘，减小室内空气的飘尘含量，植物的自然状态，使居室环境更具生命力，充满生活情趣，同时还能调节室内的湿度。事实上，植物还能吸收降解室内的有害气体。
我们对部分室内植物对甲醛气体的吸收降解进行了检测，测
试的植物为：吊兰、芦荟、绿萝、橡皮树、金心吊兰、广东万年青、 图4 植物吸收甲醛浓度变化曲线
富贵竹。实验在一个密闭的模拟房间中进行。模拟房间的体积约为1.75m3。实验结果见图4和表4。
从检测结果来看，虽然富贵竹的吸收率为最高，但如果考虑到植物叶片面积的大小，还是广东万年青的吸收能力最强。关于植物吸收室内有害气体的机理除了植物叶片吸收以外，还有土壤的吸附，同时植物根系附近的微生物对有害气体的分解作用。当然，植物除了能吸收甲醛以外，还能吸收苯、VOCs、三氯乙烯、一氧化合碳、二氧化硫等多种有害气体。
表4 植物在模拟房间24小时甲醛吸收情况
叶片表面积 甲醛起始浓度 甲醛终止浓度 甲醛吸收率 单位面积叶片甲醛减少量
（m2） （mg/m3） （mg/m3） （%） （mg/m3·m2）
吊兰 1.32 1.93 0.39 80 1.17
芦荟 0.58 2.25 0.32 85.8 3.33
绿萝 1.95 2.49 0.45 77.8 1.05
橡皮树 0.89 1.90 0.28 85.2 1.82
金心吊兰 0.81 1.34 0.29 78.4 1.30
广东万年青 0.34 2.37 0.39 83.5 5.82
富贵竹 0.46 2.76 0.28 89.9 5.39
4 结语
从我们对杭州市新装修住宅室内污染气体的检测情况来看，室内空气品质情况不容乐观，其中主要的污染物是TVOC和甲醛。
纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料对降解室内主要的污染气体甲醛有着良好的效果，并且具有较高的降解速率。用溶胶-凝胶法制备锐钛矿型TiO2光催化材料，结果表明450℃下制备的TiO2光催化材料具有最佳的光催化活性。TiO2光催化材料还能有效降解其它室内有害气体，将其应用在空调系统的空气过滤净化装置上，能有效提高空调房间的室内空气品质。而且还具有使用寿命长（仅作为催化剂）、反应生成物为无毒无害、在常温和日间室内普通光照下就能发生反应等特点，应用前景广阔。
在室内放置绿色植物既能美化环境，又能吸收有害气体，是改善室内空气品质方便而有效的方法。通过对吸收甲醛效果的实验表明，其对甲醛有较高的吸收率。
参考文献
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