前言：談到空氣污染，大家通常關(guān)注的是室外大氣污染。事實(shí)上，室內(nèi)環(huán)境對人們健康的影響遠(yuǎn)比室外要大得多。調(diào)查顯示，成年人有70-80%的時(shí)間在室內(nèi)度過，老年人和嬰幼兒待在室內(nèi)的時(shí)間超過90%。世界衛(wèi)生組織WHO發(fā)布的《室內(nèi)空氣污染與健康》指出，目前室內(nèi)空氣污染的程度已經(jīng)高出室外污染5－10倍，全球4%的疾病與室內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)，每年大約有200多萬人因室內(nèi)空氣污染所致疾病而過早死亡，室內(nèi)空氣污染已成為人類健康十大威脅之一。

與大氣污染相比，室內(nèi)空氣污染物種類眾多，成分復(fù)雜，使用的建筑材料、裝飾材料、辦公設(shè)施、生活用品，以及室內(nèi)的通風(fēng)狀況和人類自身活動(dòng)等均可能對污染物種類和濃度產(chǎn)生影響，從而使相應(yīng)的監(jiān)測和控制工作變得極具挑戰(zhàn)性。為更好地了解室內(nèi)空氣污染現(xiàn)狀及研究進(jìn)展，91儀器信息網(wǎng)的工作人員（以下簡稱Instrument）特別采訪了清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院張彭義教授，請他就室內(nèi)空氣污染物的主要來源、危害、最新的凈化技術(shù)手段、相應(yīng)的檢測方法和儀器、以及所面臨的難題和挑戰(zhàn)等大家所關(guān)心的話題進(jìn)行了深入闡述。

清華大學(xué) 張彭義教授

室內(nèi)空氣污染：研究對象多，研究投入不足

Instrument：我國室內(nèi)空氣污染的來源主要有哪些？會(huì)對人體造成哪些危害？

張彭義：室內(nèi)空氣污染主要有兩大來源，室外源和室內(nèi)源。室外源包含來源于室外的顆粒物、臭氧和工業(yè)點(diǎn)源污染等。當(dāng)前最受關(guān)注的是細(xì)顆粒（PM2.5）污染，世界衛(wèi)生組織規(guī)定的空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值中PM2.5的年均值為10 g/m3，而中國很多城市的PM2.5年均值仍在50 g/m3以上。除顆粒物之外，臭氧污染也應(yīng)當(dāng)引起廣泛重視。室內(nèi)源主要分為室內(nèi)裝修裝飾材料所引起的污染，如甲醛、VOCs、放射性污染物等，以及人體本身活動(dòng)所排放出來的污染物，如二氧化碳、水蒸氣和VOCs等。人體污染一般不被提起，但實(shí)際上新風(fēng)系統(tǒng)就是為了解決人體污染物釋放而發(fā)展的。

室內(nèi)空氣污染物種類很多，主要可分為顆粒物（以懸浮顆粒物為主）、氣態(tài)污染物（如甲醛、VOCs、臭氧等）、微生物、及放射性物質(zhì)（如氡）等。這些污染物無論在種類或數(shù)量上的增加，都會(huì)引起人的一系列不適癥狀的現(xiàn)象，被統(tǒng)稱為“病態(tài)建筑物綜合癥“，癥狀包含頭暈、頭疼、咳嗽、打噴嚏、眼睛流淚、精神不振等，嚴(yán)重的還會(huì)引起癌癥，如高濃度甲醛、苯可能會(huì)導(dǎo)致白血病。

Instrument：現(xiàn)階段室內(nèi)空氣污染研究包含哪些方面？我國在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展從全球來看處于一個(gè)什么樣的位置？亟待解決的問題有哪些？

  張彭義：室內(nèi)空氣污染研究主要包含污染狀況、健康影響、檢測方法、污染控制四個(gè)方面。具體來說，污染狀況是要了解可能的污染物種類、污染水平、釋放規(guī)律以及二次反應(yīng)、遷移等。健康影響則是要搞清楚這些污染物單獨(dú)、復(fù)合暴露對人體健康的影響，作用的機(jī)制等。檢測方法，就是對各種室內(nèi)微痕量污染物的檢測分析手段。污染控制包括從源頭上削減、末端的凈化手段等。

室內(nèi)空氣污染研究的研究內(nèi)容從污染物的角度來看，從最開始的室外大氣污染所帶來的二氧化硫、顆粒物、以及氡、環(huán)境煙氣等，擴(kuò)展到現(xiàn)在的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs）、PM2.5、臭氧、二氧化碳等。從需要解決問題的角度來看，一是解決室外大氣帶來的顆粒物、臭氧污染等，二是解決室內(nèi)裝修污染，三是解決建筑節(jié)能換風(fēng)次數(shù)降低背景下人體及室內(nèi)材料的污染問題，這三個(gè)問題分別是不同層次的需求。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國家更多的是面臨第三個(gè)問題，而我國則主要還是需要解決前面兩個(gè)問題。

隨著我國城市化進(jìn)程的加速，近二十多年來相繼出現(xiàn)裝修污染、顆粒物污染等問題，我們國家在這兩個(gè)方面的研究相對較為活躍，也有不少研究人員在國際上有較大的影響力，已經(jīng)從學(xué)習(xí)跟跑階段提升到并跑階段甚至領(lǐng)跑，但是在新問題的發(fā)現(xiàn)能力、新研究方向的開拓能力方面還有待提高。

室內(nèi)空氣污染是一個(gè)交叉性的研究領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域現(xiàn)有的主要力量來自建筑暖通學(xué)科，很少一部分來自環(huán)境學(xué)科。全球范圍內(nèi)這個(gè)領(lǐng)域的研究人員不多，科研經(jīng)費(fèi)投入也少，沒有得到其應(yīng)有的重視，與室內(nèi)空氣對人體健康有直接影響的重要性不匹配，很多問題也沒有得到深入的研究，譬如不明的有害物質(zhì)，痕量臭氧、自由基的反應(yīng)，微量甲醛/VOCs的快速檢測，室內(nèi)新興污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)及其作用機(jī)制，嗅味物質(zhì)的致嗅機(jī)制，各種污染物尤其是VOCs和氣味物質(zhì)的有效去除手段等。

室內(nèi)空氣凈化技術(shù)：不斷探索，從挑戰(zhàn)走向成功！

Instrument：針對一些主要的室內(nèi)空氣污染物，如甲醛、VOCs、臭氧等，當(dāng)前的控制和凈化技術(shù)有哪些？效果分別如何？

張彭義：針對室內(nèi)空氣污染物控制的三大原則為：源頭控制、通風(fēng)和末端凈化處理。源頭控制是通過原材料控制、制造流程優(yōu)化、熱處理（加速釋放，降低后期釋放速率）和噴劑（反應(yīng)、滲入/覆蓋，延緩釋放）等方式，達(dá)到減少源頭污染物的種類及降低污染物的釋放速率的目的。通風(fēng)則是通過自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)和新風(fēng)凈化的方式稀釋室內(nèi)污染物。而末端的凈化處理手段主要包括：吸附（物理吸附和化學(xué)吸附）、化學(xué)反應(yīng)（氧化：臭氧和二氧化氯）、催化氧化（光催化、等離子體催化、熱催化和室溫催化）三種方式。

從污染物角度分析，針對甲醛的去除手段研究較多，目前比較有效的手段主要有三種：一是化學(xué)吸附，譬如對活性炭表面的官能團(tuán)進(jìn)行改性或接氨基官能團(tuán)，利用氨基和甲醛發(fā)生配位吸附；二是室溫?zé)岽呋纸饧兹活惒捎觅F金屬，如鉑、金等，價(jià)格昂貴，另一類就是我們課題組近幾年來研究比較多的活性錳，采用二氧化錳分解片分解甲醛為二氧化碳；三是利用反應(yīng)性的噴劑，譬如含氨基或胺基的化學(xué)試劑。其他還有采用氣態(tài)試劑來去除甲醛的，譬如氧化性的二氧化氯、氯氣、臭氧，以及氨氣等，但這些氣體本身也是有毒氣體，所以并不提倡。

臭氧的去除主要采用室溫催化分解手段，基礎(chǔ)的催化劑是錳氧化物。臭氧去除面臨最大的挑戰(zhàn)是空氣里的水分對催化劑催化性能的影響，這方面我們研究了近十年，近兩年獲得了兩個(gè)比較好的催化劑，可以在相對濕度較高的情況下依然保持較好的催化性能。這些材料的性能雖然能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求，但由于大眾對臭氧污染的危害性認(rèn)識(shí)不足，目前這些產(chǎn)品還沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。

室內(nèi)VOCs種類多、濃度低、釋放速率變化大，除傳統(tǒng)的活性炭吸附外，尚需開發(fā)更經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)和材料。

Instrument：室內(nèi)空氣凈化技術(shù)當(dāng)前面臨的困難和挑戰(zhàn)主要有哪些？未來的發(fā)展方向如何？

張彭義：當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)主要有裝修材料VOCs和人體污染物的有效去除。裝修材料所釋放的VOCs種類繁多，濃度較低，且不少類別污染物化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在室溫下快速分解在理論上幾乎行不通；同時(shí)，室內(nèi)空間有限，凈化裝置的體積不能太大，而室內(nèi)空氣的總體積大，這就使得單次通過凈化裝置的時(shí)間在毫秒量級(jí)，在這樣的短時(shí)間內(nèi)要使污染物高效去除，采用分解的手段幾乎不可能。人體污染物的種類也很多，包含各種VOC、氨氣、硫化氫、一氧化碳，以及大量的二氧化碳和水蒸氣，傳統(tǒng)上這些污染物是通過輸入室外空氣換氣/稀釋解決的。但現(xiàn)在建筑物密閉性增加，要求進(jìn)一步節(jié)能，降低新風(fēng)量，這樣既帶來了挑戰(zhàn)也帶來了機(jī)遇。有沒有可能開發(fā)新的技術(shù)、新的材料來解決低換氣次數(shù)條件下的人體污染問題，而且新技術(shù)、新材料的使用成本/能耗不能高于建筑物所節(jié)省的能耗。

對于以上挑戰(zhàn)，我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的實(shí)踐和思考，提出的技術(shù)發(fā)展方向如下：開發(fā)易低溫?zé)嵩偕奈讲牧虾透咝У牡蜏卮呋纸獠牧?，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展靈巧的凈化設(shè)備。易低溫?zé)嵩偕讲牧显谑覝叵驴焖傥轿廴疚?，再在室溫稍高的溫度（?0-60℃）下能快速脫附完全，用較低的能耗實(shí)現(xiàn)污染物的持續(xù)、安全去除。高效的低溫催化分解材料是在比室溫稍高的溫度下對脫附出來的有機(jī)污染物有著持續(xù)、高效的催化分解能力。

科研與產(chǎn)業(yè)化同行

Instrument：您從何時(shí)開始關(guān)注室內(nèi)空氣污染這一問題？對此做了哪些方面的研究？取得的研究成果主要有哪些？

張彭義：我在1998年底博士畢業(yè)時(shí)就開始關(guān)注室內(nèi)空氣污染這一問題，2000年得到了國家自然科學(xué)基金資助，開展室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的吸附光催化降解研究，后面陸續(xù)得到清華大學(xué)基礎(chǔ)研究基金、國家自然科學(xué)基金、國家863計(jì)劃、973計(jì)劃等的資助，并陸續(xù)開展了室內(nèi)VOCs、甲醛、臭氧催化分解方面的研究，研究的方法主要有光催化、臭氧輔助光催化、185nm紫外光催化、活性錳甲醛分解材料、錳氧化物臭氧分解材料等。

我們的研究成果中比較成功的是室溫分解甲醛的活性錳材料，可以將甲醛在室溫條件下催化分解為二氧化碳，單位質(zhì)量的材料對甲醛的去除能力超過600mg/g，對于室內(nèi)濃度水平的甲醛的去除能力是改性活性炭化學(xué)吸附容量的20倍以上，在長達(dá)1700多小時(shí)的長時(shí)間試驗(yàn)中保持活性穩(wěn)定?；诖瞬牧舷群箝_發(fā)出甲醛分解氈、活性錳折疊濾芯和空氣凈化器等產(chǎn)品。通過多次技術(shù)改進(jìn)，從2016年起實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化的銷售，累計(jì)銷售產(chǎn)品20多萬套。近年來，我們還開發(fā)了去除甲醛的噴劑，從2019年開始銷售，已實(shí)現(xiàn)銷售近萬套。

除此之外，我們所研究的室溫臭氧分解材料在性能方面得到了很大的提升，能夠進(jìn)行小批量的催化劑生產(chǎn)，基本完成了在多種基材上的涂覆試驗(yàn)，并且開展了幾個(gè)月的壽命試驗(yàn)，已經(jīng)能夠滿足室內(nèi)外源低濃度臭氧的長期連續(xù)去除要求。同時(shí)，適合入住前室內(nèi)裝修污染凈化處理用的185nm紫外光催化凈化器已經(jīng)完成了小風(fēng)量樣機(jī)的實(shí)測工作，目前正在開展600m3/h風(fēng)量凈化機(jī)的研制工作。

圖左：甲醛分解氈、圖中：活性錳折疊濾芯、圖右：帶有活性錳去除甲醛濾芯的空氣凈化器

Instrument：請問您的研究成果的產(chǎn)業(yè)化是如何順利實(shí)現(xiàn)的？是否有和相關(guān)企業(yè)開展一些合作？

張彭義：首先，這些產(chǎn)品的研發(fā)和關(guān)鍵材料的生產(chǎn)基本都是我們團(tuán)隊(duì)自己做的。在“南京領(lǐng)軍型科技創(chuàng)業(yè)人才“的支持下，我們在2013年成立了南京宇杰環(huán)境科技公司并開始產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。一開始也沒什么公司感興趣，我們只好自己嘗試做銷售推廣，但效果不好；后來慢慢有了一些知名度，不少公司跟我們來洽談，我們就開始跟其他公司合作，將市場推廣和銷售交給他們，很快實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；匿N售。像甲醛分解氈、活性錳分解濾芯和甲醛去除噴劑等小型產(chǎn)品都是團(tuán)隊(duì)自主生產(chǎn)，而像空氣凈化器這種生產(chǎn)成本比較高的產(chǎn)品，我們將機(jī)殼和外部結(jié)構(gòu)交給專業(yè)公司來做。

為了更好地進(jìn)行產(chǎn)品測試，彌補(bǔ)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室空間的不足，我們今年開始在浙江建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，這樣就有條件更好的開展產(chǎn)品的研發(fā)工作，譬如在模擬室內(nèi)環(huán)境條件下對產(chǎn)品性能進(jìn)行長時(shí)間的測試，以得到更可靠的數(shù)據(jù)來支持我們的產(chǎn)品?？梢哉f，銷售推廣都是合作伙伴在做，我們只負(fù)責(zé)做產(chǎn)品和技術(shù)支持。我們的課題組是“兩條腿走路“，一個(gè)是由研究生、博士后組成的研究小組，主要做應(yīng)用基礎(chǔ)研究，就新材料開發(fā)、材料性能機(jī)理及材料表征等展開研究；另一個(gè)是由科研助理等技術(shù)人員組成的研究小組，主要任務(wù)是進(jìn)一步完善前期的研究成果，以及針對產(chǎn)品銷售過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)。

Instrument：您的課題組目前正在進(jìn)行的相關(guān)項(xiàng)目有哪些？下一步的研究計(jì)劃是什么？

張彭義：目前正在開展的研究主要有甲醛和臭氧的室溫催化材料、VOCs的吸附材料，這些研究得到了蘇州-清華創(chuàng)新引領(lǐng)行動(dòng)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金的資助。下一步的研究重點(diǎn)是VOCs易熱再生吸附材料、低溫催化氧化材料，還將開始布局開展人體污染物的釋放和去除研究。

“治檢產(chǎn)品”的身影在室內(nèi)空氣污染領(lǐng)域隨處閃現(xiàn)

Instrument：在您的研究中主要會(huì)用到哪些儀器設(shè)備？從您的實(shí)踐看，相關(guān)儀器還有哪些方面需要提高和改進(jìn)？

張彭義：在我們的研究中會(huì)用到很多儀器設(shè)備，主要可分為兩類，一是用于氣態(tài)污染物的檢測分析，例如臭氧分析儀、氣相色譜、熱脫附-氣相色譜質(zhì)譜儀、顆粒物檢測儀等；二是用于材料的表征，例如物理吸附儀、化學(xué)吸附儀、XRD、SEM、HRTEM、球差電鏡、XPS、順磁共振等。

在氣態(tài)污染物檢測方面主要是檢測限的問題，室內(nèi)空氣污染物的濃度很低，通常在ppb級(jí)別，我們希望能夠測定到ppb級(jí)別的二氧化碳，同時(shí)也能實(shí)時(shí)地測定ppb級(jí)別的VOCs。而在材料表征方面主要對高分辨的球差電鏡、STM有需求，可以幫助我們更加深入地了解催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌以及污染物的降解機(jī)制。

Instrument：目前市場上有很多針對室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測及室內(nèi)裝修污染治理的產(chǎn)品，如何進(jìn)行快速分辨？

張彭義：總體來說，現(xiàn)有的室內(nèi)裝修污染治理的產(chǎn)品仍不能很好地滿足實(shí)際需求。目前的產(chǎn)品形式主要有噴劑、被動(dòng)式產(chǎn)品、凈化器三類。噴劑主要有光觸媒、生物酶等類型，其原理一般是掩蓋/封閉或反應(yīng)，對快速去除空氣中的甲醛有較好的效果，也可以在一定期限內(nèi)起到降低污染物釋放量的作用，但是效果不持久，污染物以后還會(huì)不時(shí)地釋放出來。被動(dòng)式產(chǎn)品包括活性炭包、甲醛分解片等，在小空間內(nèi)比較有效，應(yīng)該組合使用，但還是缺少較好的除味產(chǎn)品。凈化器具有快速去除大空間污染物的優(yōu)點(diǎn)，但是要匹配適當(dāng)風(fēng)量的凈化器，比如一個(gè)十幾平米的臥室，一般選擇風(fēng)量至少在300m3/h以上的凈化器，風(fēng)量越大效果越好，同時(shí)還要考慮濾網(wǎng)的配置，應(yīng)該選用配置有活性炭、活性錳濾網(wǎng)的凈化器，并且要經(jīng)常更換活性炭濾網(wǎng)。如果是著重于防止室外顆粒物污染，那么應(yīng)該選用HEPA濾網(wǎng)。

在室內(nèi)空氣檢測產(chǎn)品方面，有眾多的便攜式甲醛、TVOC檢測器，這些設(shè)備的可靠性較差，不建議選購幾百元的檢測儀，可以找專業(yè)的檢測機(jī)構(gòu)，甲醛檢測盒作為參考。便攜式顆粒物檢測儀可靠性相對較好。 

后記：張彭義教授認(rèn)為，環(huán)境學(xué)科是一門應(yīng)用型學(xué)科，對應(yīng)用型學(xué)科的人來說，所追逐的夢想不應(yīng)該只是發(fā)表高影響力的論文，也要做一些真正實(shí)用的產(chǎn)品出來。張教授在采訪過程中也強(qiáng)調(diào)，一種新材料或新試劑研發(fā)出來，除了考慮技術(shù)指標(biāo)之外，還要考慮制備成本的經(jīng)濟(jì)性、制作過程的環(huán)保性等一些實(shí)際情況，否則一個(gè)技術(shù)即使成功賣給企業(yè)了，企業(yè)也不一定能做出合格的產(chǎn)品，勉強(qiáng)做出來可能也沒法用。

在和張彭義教授的交談中，讓筆者深刻感受到，做產(chǎn)品有時(shí)候可能需要比搞科研更加全面的考慮。一個(gè)成功的產(chǎn)品也許要為之付出更多的汗水和努力！

采訪編輯：李學(xué)雷

撰稿編輯：陳星羽