人体皮肤VOCs的散发机理、反应特性及对室内空气质量的影响研究

The indoor air pollution caused by emissions of volatile organic compounds (VOCs) from human skin is becoming the forefront of international indoor air quality field. This project plans to examine the multi-layer diffusion and interface partition mechanism of VOCs from human skin, reveal the second emission principle of VOCs adsorbed by the outer skin oil after the use of personal care products, and explore the relationship between the key parameters of skin emission process and the physical and chemical properties of VOCs; study the surface reaction characteristics of squalene in the skin oil with indoor ozone, establish VOCs transportation model of human skin by considering the internal diffusion, interface partition, external convection, and the surface chemical reaction processes, and discuss the impact of chemical reactions on indoor air composition; develop rapid method for measuring the skin VOCs key emission parameters and the reaction rate constant, and explore the impact principle of temperature, relative humidity, air velocity and reactant concentration on the VOCs emission rate, key parameters and reaction rate constant; build controllable environmental test system, and determine the characteristic parameters at given conditions. The objective of this project is to solve the interdisciplinary scientific problems between built environment and engineering thermophysics fields, which is very important for improving the indoor air quality and guaranteeing people health.

人体皮肤挥发性有机物（VOCs）散发所导致的空气污染问题正成为国际室内空气质量领域的研究前沿。本课题拟研究人体皮肤VOCs的多层扩散和界面分配机理，揭示使用护肤品后皮肤表层油脂所吸收VOCs的二次散发机制，探寻皮肤散发过程关键参数和VOCs物理化学性质之间的本质联系；研究人体皮肤油脂中所含鲨烯与室内臭氧等的表面反应特性，建立综合考虑内部扩散、界面分配、外部对流等物理过程及表面反应化学过程的人体皮肤VOCs输运模型，并探讨化学反应对室内空气成分的影响；发展皮肤VOCs散发关键参数和反应速率常数的快速测定方法，探讨温度、湿度、气流速度及反应物浓度等对皮肤VOCs散发速率、关键参数及反应速率常数的影响规律；并搭建实验条件可控的环境舱测试系统，测定典型工况下的相关参数值。本课题旨在解决上述建筑环境和工程热物理领域的交叉科学问题，对改善我国室内空气质量、保障人民身体健康具有重要意义。

人体皮肤挥发性有机物（VOCs）散发所导致的空气污染问题已成为国际室内空气质量领域的研究前沿。本课题针对人体皮肤VOCs的散发和反应特性，采用了多学科交叉的学术思路，取得了如下几个方面的研究成果：（1）揭示了人体使用护肤品后皮肤油脂中VOCs的散发机理，建立了表征皮肤油脂中环甲基硅氧烷（cVMS）散发特性的传质模型；（2）基于皮肤表面反应和室内壁面吸附/脱附过程，提出了用于描述室内环境中臭氧和人体皮肤油脂中角鲨烯反应规律的动力学模型，并在大学教室中对该模型进行了实验验证；（3）建立了综合考虑皮肤内部扩散、表面对流、室内壁面吸附、皮肤表面化学反应等过程的物理化学耦合传输模型，利用该模型预测了家庭住宅中臭氧/角鲨烯反应产物的浓度及人体皮肤暴露水平；（4）提出了能够同时、快速、准确地测定室内源汇材料特性参数（初始浓度、扩散系数和分配系数）的新方法，基于实验测量结果初步评估了室内环境中人体的皮肤暴露风险；（5）利用机器学习中的长短期记忆网络（LSTM）模型，预测了教室中臭氧与人体皮肤油脂反应产物的浓度变化规律；（6）开展了不同材料VOCs释放特性的拓展研究。本项目已解决的问题为建筑环境、工程热物理和室内化学等领域的交叉科学问题。通过本项目的研究，我们深入认识了人体皮肤VOCs的散发和反应机理，为建筑环境中人体皮肤VOCs的污染表征与控制提供了技术支撑，对改善室内空气质量和保障人体健康具有重要意义。本项目已发表论文25篇，其中SCI论文17篇，7篇影响因子大于9，授权发明专利4项，出版专著1本，已全面完成预期研究目标与成果指标。