室内柔性多孔材料VOCs吸附、散发的多尺度构效机理研究

Mastering the coupling mechanism between multi-material pollution sources and sinks is the key to the prediction of pollution load. Indoor flexible porous materials (e.g. curtains, bedding and carpets) have a strong adsorption effect on volatile organic compounds (VOCs) gases, because of their high loading rate and large specific surface area. However, the secondary source effect caused by desorption can exacerbate indoor air pollution and prolong the pollution period. In view of the multi-layer anisotropic interlacing fiber structure, complex interface chemical properties and strong moisture absorption and desorption performance of flexible porous materials, the mass transfer process of multiple VOCs and multiphase wet components mixtures is non-ideal under the multiscale structure. The applicable method for analyzing VOC mass transfer mechanism of flexible porous materials has not yet been proposed. By analysis of the physicochemical coupling transport mechanism of typical indoor flexible porous materials, this project intends to obtain the multiscale quantitative structure-property relationship of VOC diffusion and partition and propose the prediction models of VOC mass transfer characteristic parameters. Then, based on the coupling migration mechanism of multiple VOCs and multiphase wet components, the wet phase distribution and transformation rules would be clarified, and a modified method for determining the mass transfer characteristic parameters of a single VOC component in the multicomponent system would be proposed. The final object is to obtain the long-term influence of the dynamic source and sink characteristics of flexible porous materials on VOC concentration in real indoor environment. This project aims to provide a theoretical basis for the accurate prediction of indoor air quality and the design of appropriate control strategies.

掌握多材质污染源与汇之间的耦合机制是预测污染负荷的关键。室内柔性多孔材料（如：窗帘、寝具及地毯等）因高承载率及大比表面积对挥发性有机化合物（VOCs）气体存在较强的吸附作用，而其脱附形成的二次源效应易加剧室内空气污染并延长污染周期。鉴于柔性多孔材料多层次各向异性的纤维交织结构、复杂的界面化学属性及较强的吸放湿性能，其多尺度结构内多元VOCs与多相湿分混合物系的传质过程具有非理想性，尚未形成其适用的VOC传质机理分析方法。本项目拟通过剖析典型室内柔性多孔材料物理化学耦合输运机理，掌握VOC扩散、分配的多尺度定量构效关系，建立VOC传质特性参数预测模型；探究多元VOCs与多相湿分耦合迁移机理，阐明湿相态分布与转换规律，确定多元物系中单组分VOC传质特性参数的修正方法；掌握实际室内环境中柔性多孔材料动态源汇特性对VOC浓度的长期影响机制。为准确预测室内空气质量及制定适宜的控制策略提供理论依据。

柔性多孔材料作为室内常用的装饰性及功能性材料，具有高承载率及大比表面积的特点，其对VOC气体的吸附与散发显著影响室内空气质量。鉴于柔性多孔材料特殊的物理结构、化学性质及其对室内热湿环境的响应特性，已有硬质建材VOC散发特性的分析方法及研究结论难以直接应用。因此，本项目以揭示柔性多孔材料VOC多尺度传质机理、获得实际室内环境中柔性多孔材料VOC吸附、散发对空气质量的长期影响为目标。.通过三年攻关研究：在机理方面，获得了典型室内柔性多孔材料孔隙结构、纤维化学性质、热湿物性等理化特征，揭示了VOC多尺度物理化学耦合输运机理，建立了柔性多孔材料VOC扩散系数多级类分形树状网络模型，提出了热湿耦合作用下的分配系数计算方法；掌握了多孔材料液态湿分饱和度及各相态湿组分比例对VOC传质的影响，揭示了VOC与多相湿分耦合传质特性，建立了含湿多孔材料全干燥周期VOC散发数学模型，确定了各因素对含湿多孔材料VOC散发特性的影响关系；在技术方法方面，完成了多孔材料VOC传质特性参数的环境舱实验方法研究，开发了密闭直流间歇散发法（AAVE）、单次密闭散发法（SAE）和阶跃温升散发法（STRE）三种高效实验测定方法，提出了各方法的实验参数优化方案及适用范围；在环境效应评价方面，建立了热湿迁移及VOC传质双过程耦合模型，获得了室内环境参数、柔性多孔材料类型、VOC种类等因素对室内VOC浓度分布的影响，掌握了柔性多孔材料动态源汇特性对室内VOC浓度的长期调节机制。研究结果为实现室内VOC浓度精准预测及健康室内环境营造提供理论依据。.研究成果发表学术论文16篇，其中SCI检索论文8篇，EI检索论文2篇；授权发明专利5项；副主编出版专著《建筑热质传递理论与应用》1部；出站博士后1名，入选中国博士后科学基金资助者选介；协助培养毕业硕士研究生1名；研究成果获陕西省优秀博士学位论文、陕西高等学校科学技术一等奖等奖励4项。