室内空气中半挥发性有机物动态气粒分配机理及表征研究

China is facing severe problem of semi-volatile organic compound (SVOC) pollutions in indoor environments. Because SVOC partitions strongly to suspended particulate matters, the dynamic partitioning process between gas-phase SVOC and suspended particulate matters (i.e., dynamic gas-particle partitioning) may significantly affect the transport of, human exposure to, and effective control of indoor SVOC pollutions. It is very difficult to investigate the SVOC gas-particle partitioning process because indoor gas-phase SVOC concentrations are always extremely low and the components of indoor suspended particulate matters are quite complex. It is lack of clear cognition on the mechanisms and accurate methods for measuring characteristic parameters of the gas-particle partitioning of SVOC in the indoor air. Therefore, this project plans to combine experiments with theoretical analysis, design and establish an experimental system based on a stainless steel tube chamber. All of the factors affecting the SVOC gas-particle partitioning process can be accurately adjusted and controlled in this system. Based on this experimental system, this project will: 1) reveal the microscopic mechanisms and dynamic characteristics of the dynamic gas-particle partitioning of indoor SVOC, 2) develop novel methods for accurately measuring the characteristic parameters of the dynamic gas-particle partitioning of indoor SVOC, and 3) explore the influence mechanisms and rules of temperature, humidity, particle component, particle size distribution, and other potential factors on the characteristics of the dynamic gas-particle partitioning of indoor SVOC. This research will provide important theoretical basis and data base for the characterization of the dynamic gas-particle partitioning process of SVOC in the indoor air and the development of comprehensive control methods and pre-evaluation software for indoor SVOC pollutions.

我国面临着严峻的室内半挥发性有机物（SVOC）污染问题。SVOC极易被悬浮颗粒物吸附，室内空气中SVOC的动态气粒分配过程对室内SVOC的传输特性及综合治理有重要影响。室内空气中SVOC浓度极低、悬浮颗粒物成分复杂，对室内SVOC气粒分配过程的研究难度颇大，目前对SVOC气粒分配机理的认识不清晰，相关特性参数资料匮乏。本项目拟采取实验研究与理论分析相结合的方式，设计搭建一套可准确调控SVOC气粒分配过程关键影响因素的圆管状实验舱测试系统，揭示室内SVOC动态气粒分配过程在颗粒物表面及内部的微观机理和动力学特性；发展室内SVOC动态气粒分配特性参数的准确测定方法，克服已有方法误差大的不足；探索温湿度、颗粒物成分和粒径分布等因素对室内SVOC动态气粒分配特性的影响机理和规律。研究成果可为定量表征室内SVOC动态气粒分配过程、发展室内SVOC污染预评估软件和综合治理手段提供理论依据和基础数据。

我国正面临着严峻的室内半挥发性有机物（SVOC）污染问题。室内空气中的SVOC极易被悬浮颗粒物吸附，SVOC的动态气粒分配过程对室内SVOC的传输过程及综合治理有重要影响。在项目执行期内，项目组采用建筑环境、传热传质和环境化学等多学科交叉的研究思路和方法，开展了以下三个方面的研究：（1）室内SVOC气粒分配模型研究：建立了一个描述室内SVOC气粒分配过程的稳态模型，该模型综合考虑了房间换气次数和颗粒物粒径分布对SVOC动态气粒分配过程的影响，实现了对颗粒相SVOC浓度的准确预测；发现随着SVOC辛醇空气分配系数（Koa）的增加，SVOC的气粒分配过程将分别处于平衡态、非平衡态和稳态；结合SVOC气粒分配模型，建立了车内环境中SVOC的传质模型，发现车内人体SVOC暴露不可忽视。（2）室内SVOC动态气粒分配特性参数的测定方法研究：搭建了一套圆管状实验舱测试实验台，用于测定SVOC气粒分配系数Kp；设计了一种基于固相微萃取技术的SVOC采样装置，探究了采样管路对SVOC的吸附效应并提出相应的修正方法，实现了对SVOC浓度的准确测定，确保了Kp测量结果的准确性。（3）室内SVOC气粒分配特性的影响因素及影响规律研究：测量了11种典型SVOC的Kp，发现常用的Kp估算方法存在巨大偏差，结合实验数据更新了Kp的估算方程，实现了对Kp的准确估算；发现Kp随颗粒物粒径的增大而减小、温度对Kp的影响符合范特霍夫方程、相对湿度对Kp则几乎没有影响，进一步分析发现SVOC在颗粒上主要为表面吸附、颗粒物对SVOC的吸附是可逆过程、非极性SVOC与水蒸气在颗粒物表面不存在竞争吸附关系。基于以上研究内容，项目组发表了7篇SCI论文、1篇国内会议论文，参与撰写了1本英文专著（独立撰写3章内容），申请了3项国家发明专利（1项已获授权），培养了3名硕士毕业生。项目研究成果可为定量表征室内SVOC动态气粒分配过程及其对室内SVOC传输特性的影响提供理论基础和科学指导，对全面保障人民身体健康、发展绿色和健康建筑有重要意义。