关键词：多孔建材;;甲醛;;温度;;高压电场;;分子动力学;;三大参数
摘 要：室内空气品质IAQ(Indoor Air Quality)与人的健康有着密切的关系,良好的IAQ能够使人精力充沛和心情愉悦。然而广泛使用的木质地板、密度板、刨花板等各种建筑及室内装饰装潢材料,在室内散发出大量的挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是导致室内空气品质低劣的重要原因,而甲醛作为最主要的危害成分之一,需要慎重对待。因此,揭示多孔建材内的甲醛散发及扩散规律具有十分重要的工程价值和科学意义。现阶段主要从宏观和介观层面对建材内甲醛散发过程进行了大量的研究,对微观层次的研究甚少,并且温度场以外的外场作用对其的影响研究尚不清晰。针对上述问题的不足,本论文主要研究内容以及结论如下:首先,开展了外加高压静电场对建材内甲醛散发过程影响的实验研究。研究了不同电场强度对中密度板内甲醛散发过程的平衡浓度和挥发速率的影响,通过实验发现密封舱内甲醛平衡浓度随着电场强度的增强而增加,并且电场强度的增加加快了建材内甲醛的散发过程。分析了建材内甲醛散发过程的三大关键参数(初始散发浓度、扩散系数和分离系数)与电场强度的关系,发现分离系数在电场强度为100 kV/m时比无电场作用时下降了30%。三大参数的变化规律为高压电场对建材内甲醛散发过程的影响提供了参考和指导。其次,进行了温度和高压静电场对建材内甲醛散发过程综合作用影响的实验研究。提出了建材内甲醛散发过程三大参数新解法,该方法拥有实验时间较短,步骤简单的优点。通过实验发现温度和电场强度均对甲醛散发过程产生促进作用,并且温度的促进作用比电场强度更加明显。在温度为298 K,303 K,308 K和313 K时,电场强度从0 kV/m增加到160 kV/m,分离系数分别下降了17.7%,16.8%,22.2%和22%,下降趋势变化差异不大。在电场强度为0 kV/m,80 kV/m,120 kV/m和160 kV/m时,温度从298 K增加到313 K,分离系数分别下降了59.8%,58.8%,60.3%和62%,下降趋势变化差异也基本一致。第三,从微观层次研究了多孔建材内甲醛吸附特性。选纤维素作为建筑板材的微观结构代表,采用密度泛函理论研究了不同电场强度对吸附模型、结构参数以及能量的影响,得到吸附势与电场强度之间的关系式。发现电场强度从0增大到10~(-3) a.u.时,结构I的吸附势下降了约50%,而结构II的吸附势下降了超过60%。微观模拟研究为宏观物理实验结果提供了理论依据和模拟结果支撑,是研究建筑板材内甲醛散发过程的重要研究手段之一。最后,采用分子动力学方法模拟了甲醛分子在纤维素Iβ晶区和无定型区的扩散过程,研究了不同温度和电场强度对扩散系数,氢键和相互作用能的影响,结果表明温度和电场强度的增大均能引起扩散系数的增加,分别得到了扩散系数和温度以及扩散系数与电场强度之间的关系式,并通过宏观物理实验结果进行了验证。
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