空调系统新风过滤器二次污染的形成机制研究

Particulate matter pollution has become an important concern in China. Air filter is commonly used to protect particle pollutant entering the buildings. The accumulated particles on the surface of air filter is easy to react with other compounds outdoors, such as ozone, NOx, semi-volatile organic compounds (SVOCs), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), and produce some unknown secondary hazards (secondary pollution aerosols, SOA; other volatile compounds). These unknown hazards may be more harmful to human beings. Based on the experimental study, we want to figure out the mass transfer and reaction process on the surface of filter, to study the synergic mechanism of ozone, NOx, temperature, humidity etc. on the secondary pollutant generation. It is purposed to obtain the kinetic model of secondary pollutant generation and calculate the key kinetic parameters, which will lead to evaluate their production rates. The research results will provide the scientific understanding of the secondary pollution generation of air filters, and help to improve the performance of air filters.

我国颗粒物污染严重，已成为社会关注的重要问题。在建筑中，新风过滤器可视为室内空气与室外大气的分界面，是空调系统中颗粒物最易聚集的地方。所聚集的颗粒物易在过滤器表面上与臭氧、NOx、挥发性有机化合物（VOCs）和半挥发性有机化合物（SVOCs）等产生耦合反应，形成气溶胶、其他挥发性化合物等二次污染，这些未知污染可能对人危害更为严重。本课题拟依托实验研究，弄清颗粒物及其吸附成分在新风过滤器表面上的传质、反应过程及规律，研究臭氧浓度、NOx浓度、温湿度等影响因素对新风过滤器表面二次污染物产生的定量影响，分析其反应动力学规律，藉此得到新风过滤器表面二次污染的种类及产生速率。本课题研究成果将为科学认识新风过滤器的二次污染提供基础，并为如何改善新风过滤器提供了方向。

我国颗粒物污染严重，已成为社会关注的重要问题。在建筑中，新风过滤器可视为室内空气与室外大气的分界面，是空调系统中颗粒物最易聚集的地方。所聚集的颗粒物易在过滤器表面上与臭氧、挥发性有机化合物（VOCs）和半挥发性有机化合物（如增塑剂）等产生耦合反应，形成气溶胶、其他挥发性化合物等二次污染，这些未知污染可能对人危害更为严重。研究内容主要聚焦在：(1) 过滤器的表面成分和污染含量分析；(2) 过滤器表面二次污染的形成过程及影响因素，反应动力学模型研究；以及(3) 过滤器表面二次污染的控制方法。本项目在国家自然科学基金面上项目资助下，对此深入研究，完成了预定研究任务：发表SCI期刊论文6篇，包括Environ. Sci. Technol.（影响因子6.653，环境工程领域50种SCI期刊中排名第4）、Building and Environment（影响因子4.539，土木工程领域127种SCI期刊中排名第2）、Indoor Air（影响因子4.396，室内空气领域顶级SCI国际期刊）等。申请发明专利10项（其中1项是国际发明专利，2项已授权）；博士后出站1名，毕业本科生7名，另有2名博士生和1名硕士生在读，1名博士后在站。此外项目负责人莫金汉成功申请国家基金委优青项目，研究生田恩泽获本领域顶级国际会议Indoor Air 2018最佳学生论文奖（共4名，唯一亚洲当选者）。主要成果为：1）通过测试新风过滤器表面二次污染物的产生过程，结合传质、反应分析，认识颗粒物、有机化合物、臭氧等在过滤器表面上发生的传质反应过程和规律；2）通过传质-反应分析，建立新风过滤器表面反应动力学模型，为预测新风过滤器表面二次污染物的产生量提供基础；3）提出了静电荷电和极化协调增强过滤技术和吸附存储-原位再生片层模组。项目取得的成果深化了正确认识新风过滤器二次污染物的形成规律提供基础，有利于促进新风过滤器结构和性能的发展，具有广阔的应用价值。也为人民群众如何选择合适的过滤器，防治室内空气颗粒物污染及其二次污染提供了指导方向，具有重要的社会效益。