家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的效果研究

張祎寧，馬紹帥，王婧茹，魯韶芬

(山東師范大學 化學化工與材料科學學院，山東 濟南 250014)

隨著生活質量和經濟水平的提高，人們對居住環境安全健康的要求越來越高，造成室內空氣污染的主要物質甲醛也因此受到人們廣泛關注。裝修時常用的人造板材中的甲醛系膠粘劑是甲醛釋放的主要來源[1]，這是因為酚醛樹脂、脲醛樹脂等甲醛系膠粘劑的原料就是甲醛。在生產這類膠粘劑的過程中難免會殘留一定的甲醛，同時膠粘劑也會通過水解反應釋放甲醛[2]。如今國內許多城市的住房中空氣甲醛含量超過了2002年頒布的《室內空氣質量標準》中所規定的0.1mg/m3[3]。尤其是在冬季，天氣較為寒冷，人們為了保暖會長時間地關閉門窗，于是這樣室內的甲醛無法排出。據研究統計，甲醛的釋放周期可長達十五年[4]，長期密閉的室內無異于“毒氣室”，最后導致甲醛含量嚴重超標。國內外多種動物實驗表明甲醛可以致癌[5]，國際癌癥研究機構(IARC)已把甲醛列為第一類人類致癌物質[6]。甲醛對人體健康的危害極大，長期生活在甲醛超標的環境中容易胸悶、呼吸困難、惡心、易感冒，嚴重時會導致鼻咽癌、白血病等[4]。

霧霾天氣作為一種大氣污染狀態，尤其是在最近幾年里備受關注，其常常見于冬季。霧霾主要由灰塵、可吸入顆粒物及未知組分等復合組成的氣溶膠污染與微小水滴組成[7]。據統計，空氣質量為重度污染時粒徑小于2.5μm的細顆粒物，即PM2.5，占可吸入顆粒物中的絕大部分，這表明PM2.5是導致嚴重霧霾的重要原因[8]。PM2.5還會損害人的身體健康，對人的呼吸系統、心血管系統甚至生殖系統都會造成影響[9]。

在生活中，人們在家中經常會打開窗戶通風以除去異味及甲醛[10]等對人體有害的物質，但是在霧霾嚴重的天氣下，開窗通風后卻會有大量的PM2.5進入室內。面對這樣的問題，人們聯想到了通過過濾的方法讓新鮮空氣進入室內，而PM2.5被阻攔在濾網外。

德國Trittec AC公司[11]在2015年推出了5 plus dust evo(第五代微塵過濾窗紗)，這種窗紗可以過濾73.6%以上的微塵，防霧霾效果較好，使用壽命長，但其售價較高，每平方米的價格高達998元，因此在國內沒有得到普及。

HEPA[12](高效空氣過濾器)是一種多層凈化技術。HEPA以細玻璃纖維為介質，空氣可以從中穿過，小顆粒物則會被阻攔，從而達到防霧霾的效果。左井宇晨[13]等人在對HEPA濾網的性能的測試中，發現在使用新風系統的條件下，過濾后6h后室內空氣的PM2.5濃度降低到濾前的四分之一。

為以較低成本解決廣大家庭居室內甲醛和霧霾污染問題，本文擬用26元/的HEPA濾網自制防霧霾降甲醛紗窗，以阻隔室外的細顆粒物進入室內，使室內的甲醛分子通過空氣流動向室外擴散。同時，在安裝防霧霾降甲醛紗窗的情況下，通過測試在通風條件下室內空氣的甲醛和PM2.5濃度的變化及與室外空氣中甲醛和PM2.5濃度的對比以檢測家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的性能。

1 材料與儀器

LB-S06/LB-S08型甲醛檢測儀(連云港嵐寶電子科技有限公司)；HEPA濾網(森姆環保，0.7m×10m)；紗窗(透風面積120cm×75cm)；膠帶(4cm寬)。

2 方法與結果

2.1 防霧霾降甲醛紗窗的制作與安裝

圖1 防霧霾降甲醛紗窗安裝效果圖

將HEPA濾網裁下0.7m×0.8m兩段，用膠帶將兩段濾網固定在家用紗窗內側，濾網和紗窗邊框相接處與兩段濾網相接處粘牢，保證紗窗所有網眼皆被濾網所覆蓋。將自制好的防霧霾降甲醛紗窗安裝在實驗室的窗框上，安裝方法與一般家用紗窗相同。

2.2 甲醛、PM2.5等濃度的測試

實驗地點位于濟南市歷下區山東師范大學實驗大樓里。實驗室面積約為20m2，位于四層，主要窗戶位于南側。該實驗室南面是一個空曠的足球場，沒有建筑物和樹木遮擋，南側共有四個窗戶，在其中一個窗戶上安裝防霧霾降甲醛紗窗，其余三個不做處理并且始終保持關閉。北面則是一條較為密閉的走廊，有一小窗與實驗室相通，測試前已用HEPA濾網將小窗覆蓋，與實驗室外相通的縫隙全部用膠帶封住。測試共進行兩次，分別在2018年12月16日下午和12月21日晚。其中，16日當天氣溫8～-2℃，天氣晴，中度污染，南風1～2級；21日當天氣溫10～2℃，天氣多云，中度污染，北風1～2級。于測試前仔細打掃實驗室，打掃后關閉室內所有門窗2小時，以達到密封的效果。2小時后，測試室外空氣中甲醛和PM2.5的濃度，隨后測量密封2小時下室內空氣的數據，之后打開南北兩側窗戶以解開密閉環境，使室外的空氣只透過南北兩側的防霧霾降甲醛紗窗對流，其余門窗仍保持密閉狀態。每5分鐘記錄一次數據，測試到開窗通風65分鐘為止，共記錄數據兩組，每組15次。

2.3 實驗結果

室內空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時間變化的曲線如圖2、圖3所示。

圖2 室內空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時間變化的曲線

圖2a反映的是12月16日下午的測試中甲醛濃度隨時間變化的曲線。由圖可見，未開窗通風前室內空氣的甲醛濃度已達0.175mg/m3，通風開始后甲醛濃度不斷下降。30min后呈線性快速下降，45min左右室內空氣的甲醛濃度趨于平穩，達到0.002g/m3，與室外空氣的甲醛濃度相等。圖2b反映了21日晚的測試結果，也可以從中看出室內空氣的甲醛濃度隨通風時間的延長而降低，但是該日測試結果中室內空氣的甲醛濃度降低的速率較16日低。經分析得，16日風向是南風，而21日風向是北風，主要進風口位于實驗室南側，這些原因導致了空氣流動速率較低，所以21日室內空氣的甲醛濃度降低的速率也隨之降低。

圖3 室內空氣中甲醛和PM2.5濃度隨時間變化的曲線

圖3a反映的是16日下午的測試中PM2.5濃度隨時間變化的曲線。由圖可見，測試時室外空氣的PM2.5濃度為129μg/m3，而室內空氣的PM2.5濃度始終低于室外，且始終圍繞著100μg/m3上下波動，在密閉條件下室內空氣的PM2.5濃度也近似于此值。另外通過做趨勢線可以看出，室內空氣的PM2.5濃度隨時間的延長有下降的趨勢。圖3b反映了21日晚的測試結果，可以看出在室外空氣的PM2.5濃度為138μg/m3的情況下，開窗通風后室內空氣的PM2.5濃度仍可以維持在97μg/m3左右的水平。

3 結論

本文用簡單易購得的HEPA濾網等原材料自制成了一種可以用于防霧霾降甲醛的紗窗，并考察了這種家庭自制防霧霾降甲醛紗窗的性能，實驗結果表明：

在使用防霧霾降甲醛紗窗和保持開窗通風的條件下，室內空氣中甲醛濃度逐漸降低到與室外相同的水平，有效地降低了室內空氣的甲醛濃度，達到了降甲醛的效果。

在通風的過程中，室內空氣中PM2.5濃度始終圍繞著與封閉時室內PM2.5濃度相近的值波動；同時，室內PM2.5濃度大約是室外濃度的70%～75%，并隨通風時間的延長有下降的趨勢，有效地防止了霧霾進入室內，達到了低成本的居室內降甲醛防霧霾的效果。