高溫條件下環(huán)境測試艙內(nèi)VOC采集方法優(yōu)化研究

王曉明 景艷

（上海建科檢驗(yàn)有限公司 201108）

0 前言

2015年秋季，毒跑道事件頻發(fā)，引發(fā)了劇烈的社會(huì)反響。在此之前，我國早于2012年已經(jīng)實(shí)施了《合成材料跑道面層》GB/T 14833—2011，《體育場地使用要求及檢驗(yàn)方法第6部分：田徑場地》GB/T 22517.6—2011，但是上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并非強(qiáng)制執(zhí)行、且標(biāo)準(zhǔn)滯后、檢測項(xiàng)目不完善。這兩份標(biāo)準(zhǔn)中面層有害物質(zhì)的檢測項(xiàng)目僅限于面層中的苯系物、游離甲苯二異氰酸酯以及重金屬項(xiàng)目檢測，缺乏有害物質(zhì)釋放量項(xiàng)目檢測。毒跑道事件在一定程度上也反映了這兩份標(biāo)準(zhǔn)的滯后性。

因此，在隨后半年內(nèi)，上海、深圳等地相繼發(fā)布地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，希望有效控制當(dāng)?shù)嘏艿腊踩珕栴}。國標(biāo)委于2018年針對校園內(nèi)跑道原料及成品生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)施了強(qiáng)制性《中小學(xué)合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地》GB 36246—2018，與GB/T 14833—2011及GB/T 22517.6—2011相比，國標(biāo)除了增加跑道原材料有害物質(zhì)檢測以外，還填補(bǔ)了跑道成品環(huán)保性能驗(yàn)收的空白。跑道釋放量合格與否成為成品最終驗(yàn)收的重中之重。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施也要求施工方及原料生產(chǎn)商提高自身產(chǎn)品的環(huán)保性能，這在很大程度上控制了跑道生產(chǎn)過程中的不合理現(xiàn)象。

隨著GB 36246—2018的推行，在原材料檢測之外，全國各地的檢測機(jī)構(gòu)相繼開辦了跑道成品的有害物質(zhì)釋放量這一項(xiàng)目。跑道有害物質(zhì)釋放量檢測對于各機(jī)構(gòu)來說都是一種比較先進(jìn)的檢測技術(shù)，尤其是高溫條件下采集環(huán)境艙內(nèi)空氣在此之前接觸較少，以往我國大部分環(huán)境測試艙法都是參考室內(nèi)溫濕度去平衡，不涉及戶外高溫。而學(xué)校跑道大部分鋪設(shè)在室外，在夏季高溫天氣受環(huán)境的影響，短期內(nèi)可能會(huì)釋放大量有害氣體，加大跑道周邊空氣污染，導(dǎo)致出現(xiàn)毒跑道事件，因此高溫采集TVOC勢在必行。本次對比試驗(yàn)著重于用Tenax-TA吸附管在高溫下運(yùn)用不同方法采集環(huán)境測試艙內(nèi)空氣。

1 小型環(huán)境測試艙系統(tǒng)簡介

環(huán)境艙提供一個(gè)封閉的環(huán)境，用以模擬材料和制品的釋放過程，從而評估其對空氣質(zhì)量的影響。一般將內(nèi)體積在1m3及以下的環(huán)境艙均稱作小型環(huán)境艙，其結(jié)構(gòu)包括艙體、空氣供給系統(tǒng)和尾氣系統(tǒng)三個(gè)部分。為保證環(huán)境艙系統(tǒng)自身的釋放和吸收作用很小，系統(tǒng)中接觸艙內(nèi)空氣的部分必須用惰性材料制成（一般為不銹鋼或玻璃）。

2 GB 36246—2018中環(huán)境測試艙的要求

GB 36246—2018《中小學(xué)合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地》中附錄I中提出小型環(huán)境測試艙為60L的密封艙，要求測試條件為空氣溫度（60±2）℃，空氣相對濕度（5±2）%，空氣交換速率（1±0.01）h-1，試樣表面空氣流速0.1-0.3m/s，材料/艙載荷比 0.4m2/m3。

樣品在環(huán)境測試艙內(nèi)平衡（24±1）h之后進(jìn)行艙內(nèi)空氣采樣。

3 三種采集艙內(nèi)空氣的對比及分析

3.1 采集環(huán)境艙內(nèi)氣體的方法介紹

GB 36246—2018《中小學(xué)合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地》中附錄I中提出采集艙內(nèi)氣體中的污染物時(shí)，吸附管與環(huán)境艙的出氣口直接相連，無連接管，在必要時(shí)采用串聯(lián)吸附管來收集有害物質(zhì)。本次研究探討吸附管與高溫環(huán)境艙相連接時(shí)有無介質(zhì)是否會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。確定最佳采樣方式后，比較不同采樣流速及時(shí)間，驗(yàn)證最佳采樣條件。本文研究過程中環(huán)境艙條件參考GB 36246—2018中的要求。

3.2 預(yù)制型跑道有害物質(zhì)采集與分析

本次試驗(yàn)選擇預(yù)制型橡膠跑道作為實(shí)驗(yàn)對象，由于預(yù)制型橡膠跑道大部分都有較高的釋放量及明顯的目標(biāo)物質(zhì)，可以清晰對比三種采樣方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

除了跑道相關(guān)以外，目前涉及到采樣管采樣方式的標(biāo)準(zhǔn)，比如GB 18587—2001，GB/T 50325—2010（2013）都沒有明確規(guī)定具體的采樣方式，因此各檢測機(jī)構(gòu)在檢測環(huán)境艙樣品時(shí)采取的采樣方式不盡相同，這在一定程度上影響了市場的健康發(fā)展。GB 36246—2018則明確了跑道樣品測試時(shí)用采樣管直接采樣，為了確保檢測的準(zhǔn)確性，必須要比較各種采樣方式的異同。

因此這次實(shí)驗(yàn)采用無連接管；有連接管，包括10cm乳膠管以及10cm特氟龍管三種采樣方法進(jìn)行對比，采集氣體并分析后分別得出的數(shù)據(jù)如圖1～圖3所示。

圖1 無連接管的串聯(lián)Tenax-TA管數(shù)據(jù)分析譜

圖2 連接管為10cm乳膠管串聯(lián)Tenax-TA管數(shù)據(jù)分析譜

實(shí)驗(yàn)樣品TVOC檢出種類及檢出量較大，為了直觀比較三種采樣方式異同，選擇譜圖中較高的四個(gè)峰進(jìn)行定性及定量。圖1～圖3左側(cè)為串聯(lián)管前一根，右側(cè)為串聯(lián)管后一根。1號(hào)物質(zhì)為苯乙烯，CAS號(hào)100-42-5，沸點(diǎn)在146℃。2號(hào)物質(zhì)為1，3-二異丙苯，CAS號(hào)為99-62-7，沸點(diǎn)在203.2℃。3號(hào)物質(zhì)為 1，2，4-三乙苯，CAS 號(hào)為 877-44-1，沸點(diǎn)在 220℃～222℃。4號(hào)物質(zhì)為2，6-二叔丁基對甲酚，CAS號(hào)為128-37-0，沸點(diǎn)在265℃。

圖3 連接管為10cm特氟龍管串聯(lián)Tenax-TA管數(shù)據(jù)分析譜

由圖1～圖3得出，采用乳膠管連接采樣口時(shí)，采集到的4種物質(zhì)總量最小，采用無連接管采集的TVOC濃度與特氟龍管連接相比較多，同時(shí)對于低沸點(diǎn)物質(zhì)吸附性更好。

在實(shí)際采樣過程中，由于艙內(nèi)處于高溫狀態(tài)，采樣管直接伸入艙內(nèi)，所采集的揮發(fā)性物質(zhì)可能會(huì)穿透采樣管，導(dǎo)致檢測結(jié)果偏低。在2016年版本的上海團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中，并未明確表明如何采集艙內(nèi)氣體，為了避免穿透現(xiàn)象，需要采用乳膠管在艙體和采樣管之間進(jìn)行連接。

4 采樣條件優(yōu)化

由于GB 36246—2018并沒有明確規(guī)定采樣流速及采樣時(shí)間。因此，本次實(shí)驗(yàn)保持采樣體積一定，選取4種采樣流速及采樣時(shí)間進(jìn)行吸附管串聯(lián)采樣，具體如表1所示。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇兩組塑膠跑道樣品，分別進(jìn)行四次測試，經(jīng)質(zhì)譜分析后共比較17種VOC濃度變化，見表2。

表1 實(shí)驗(yàn)采樣條件

由表2可知，總采樣量為4L時(shí)，采樣流速為0.1L/min、采樣40min時(shí)，采集到的VOC種類最多，含量最高。隨采樣流速逐漸增加，吸附管采集到的VOC逐漸降低。GB 36246—2018中明確了總揮發(fā)性有機(jī)化合物的標(biāo)準(zhǔn)樣品為苯、甲苯、對（間）二甲苯、鄰二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷。因此選取樣品1中檢出的甲苯、對二甲苯、苯乙烯為例，單個(gè)物質(zhì)及TVOC檢出量呈遞減態(tài)勢。

根據(jù)實(shí)際檢測過程中遇到的問題，采樣流速對揮發(fā)性有機(jī)化合物的影響是很明顯的。當(dāng)流速過高極易造成有害物質(zhì)無法附著在吸附劑上，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)偏小。但是對于測試時(shí)間考慮，GB 36246—2018標(biāo)準(zhǔn)中要求在1h內(nèi)結(jié)束對于有害物質(zhì)的采樣，其中包含甲醛，二硫化碳及有害物質(zhì)釋放。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對三種檢測項(xiàng)目需要進(jìn)行采集，綜合考慮下采用0.2L的采樣流速。

5 總結(jié)

由上述的兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，對于高溫下有害物質(zhì)已經(jīng)有了客觀的采集方式。對于高溫條件，吸附管需要串聯(lián)并且伸入環(huán)境艙內(nèi)進(jìn)行采集有害物質(zhì)。同時(shí)高溫下，采樣流速不能過高導(dǎo)致有害物質(zhì)無法附著在吸附劑上引發(fā)檢測結(jié)果的偏低。

表2 四種采樣條件下樣品預(yù)制型樣塊VOC檢出情況