1、CBMF2017光催化材料及制品空气净化性能测试方法氮氧化物的去除Test method for air-purification performance of photocatalyticmaterials and productsRemoval of nitric oxide （征求意见稿）-发布-实施2015-发布 2015-实施中 国 建 筑 材 料 协 会 标 准中 国 建 筑 材 料 联 合 会 发 布CBMF前 言本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。本标准由中国建筑材料联合会提出并归口。本标准主要起草单位：中国科学院理化技术研究所、中国感光学会光催化专业委员会
2、本标准参与起草单位：江苏朗逸环保科技有限公司、无锡中睿检测有限公司、山东亿康环保科技有限公司、上海雷誉光触媒环保科技有限公司、北京泊菲莱科技有限公司、中国建筑股份有限公司技术中心、北京理化分析测试中心、广东省微生物分析检测中心本标准主要起草人： 只金芳、朱永法、谢小保、王欣欣、孙东峰、曹文斌、朱 黎、 刘文秀、吴滨海、刘欢、宋建荣、李力桦、高月红、曹文卫本标准主要审查人：本标准为首次发布。光催化材料及制品空气净化性能测试方法氮氧化物的去除1. 范围本标准规定了空气净化用光催化材料（包括：紫外光和可见光响应）及制品对氮氧化物去除的定义、原理、测试装置、实验方法和试验报告等内容。本标准适用于在气相
3、环境中使用的具有空气净化能力的光催化材料及制品对氮氧化物去除性能的测试。本标准不适用于光催化材料及制品的其他光催化性能测试。2. 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，仅注明日期的版本适用于本文件，凡是不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ISO22197-1:2007：Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for air-purification performance of semiconducting pho
4、tocatalytic materials - Part 1: Removal of nitric oxideISO 7996：1985： Ambient air - Determination of the mass concentration of nitrogen oxides - Chemiluminescence methodISO 31-0:1992: Quantities and units - Part 0: General principles ISO 4677-1：Atmospheres for conditioning and testing Determination
5、of relative humidity Part 1:Aspiratedpsychrometer methodISO 10304-1-2007：Water quality Determination of dissolved anions by liquid chromatography of ions Part 1: Determination of bromide, chloride, fluoride, nitrate, nitrite, phosphate and sulfateISO 10523:1994: Water quality Determination of pHGB/T
6、 30706-2014: 可见光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能测试方法及评价。GB/T 30809-2014: 光催化材料性能测试用紫外光光源GB/T23761-2009: 光催化空气净化材料性能测试方法3. 术语和定义下列定义和术语适用于本文件。3.1 光催化剂（photocatalyst）在一定的光源激发下，能够产生光催化作用的材料。3.2光催化剂材料和制品（photocatalytic materials）通过覆盖、浸透、混合等方法制成的含光催化剂的材料及用光催化材料制成的各种制品。3.3 零级空气（zero-calibration gas）不含污染物的高纯空气。 （总烃含量小于 2
7、10-6、水分含量小于 510-6）3.4 标准气体（standard gas）已知浓度的有证标准气体。3.5 反应气（test gas）通过调节标准气体和零级空气的流量，达到测试需要的浓度和流量，以作测试用的反应气。3.6 纯水（prified water）电导率低于 1 S 的用于洗脱等过程的水，可通过离子交换树脂法或蒸馏法制备。4符号f： 标准大气压下气体流速（ 0 C，101.3kPa, 干燥气体） （ L/min）NO：反应器出口的一氧化氮浓度的数值，单位为微升每升（L/L）NOi：光照条件下反应气中一氧化氮进气浓度的数值，单位为微升每升（L/L ）NO2： 反应器出口的二氧化氮浓度
8、的数值，单位为微升每升（L/L）NOx：反应器出口氮氧化物（ NO+NO2）浓度的数值，单位为微升每升（L/L ）NO2-：洗脱液中亚硝酸根离子浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L ）NO3-： 洗脱液中硝酸根离子浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L ）t： 吸附过程、去除过程或者解吸附过程时间 （min）nNO： 测试样品对 NO 的去除量，单位为微摩尔（mol）nNO2： 测试样品对 NO2 的去除量，单位为微摩尔（mol）nNOx： 测试样品对 NOx 的去除量，单位为微摩尔（mol）nw： 测试样品去除氮的数值，单位为微摩尔（mol ）w1，w 2：分别指洗脱液 1，洗脱液 2Vw：
9、洗脱液的体积値，单位为（ml）w： 氮的回收率5. 原理本标准参考和引用 ISO22197-1:2007。首先，将光催化材料制成的样品置于含有一氧化氮（NO ）作为反应污染物的湿空气中，以获得其在紫外光（300400 nm ）以及可见光（400nm 以上）作用下的空气净化性能。测试时，将光催化材料样品置于流动式反应器中，通过光源的照射使光催化剂发生反应，将表面吸附的一氧化氮污染物部分转化为二氧化氮（NO 2）及硝酸（或硝酸盐） 。通过计算氮氧化物 (NOx)的净去除量，确定所测试的光催化材料样品对于氮氧化物的去除性能。（注：样品会由于反应产物在其表面的积累而降低其光催化活性，通常可通过采用水洗
10、脱的方式恢复其性能。提供的洗脱测试方法可用来评估样品光催化活性再生能力，并给出了污染物的物质平衡信息。 ）6. 测试装置测试装置系统由进气系统、反应系统和分析系统组成。6. 1 进气系统包括两个进气钢瓶，标准气体（污染标的物，一氧化氮） （图 1，4）和零级空气（图1，5） 。为获得湿空气，将部分零级空气通过分压进入一个加湿器（图 1，8） ，再与干燥的零级空气（图 1，7）混合。一定温湿度下，已知浓度的一氧化氮反应气以恒定流量连续通入反应器中。反应气的流量和一氧化氮浓度由流量控制器分别控制实现，三种气体经混合器混合后进入反应器，每种气体的流速的偏差应控制在设定值的5%范围内，一般地，一氧化氮
11、气体、零级空气、湿空气的流量分别控制在 0.1 L/min、 2.0 L/min 和 2.0 L/min。标准一氧化氮气体的浓度为30L/L100L/L。6. 2 反应系统组成样品对氮氧化物去除性能测试是在连续流动反应器中进行，反应器由光催化反应器、光源等组成。由于污染物浓度低，因此构成装置的材料必须满足低吸附性和抗紫外辐射的要求。测试装置原理图见图 1 所示。 （此装置可参照 ISO22197-1:2007 及 GB/T23761-2009） 。标注：1. 光源 6. 流量控制器图中长度单位为 mm。2. 光窗 7. 气体混合气3. 测试样品 8. 加湿器4. 标准气体（污染物） 9. 分析
12、仪5. 零级空气 10. 出口图 1. 测试装置原理图6.2.1 光催化反应器光催化反应器是一个全密闭的长方形反应器，具有允许外部光源照射到样片表面的光路窗口。当测试样品为表面反应型光催化样片时，通过设计反应器内部结构使样品与窗口之间的距离为5.0mm0.5mm，使反应气只能从测试样片与光路窗口之间通过，如图2a所示。当测试样品为过滤型光催化样片时，通过设计反应器内部结构使反应气在光照下可以通过测试样片，如图2b所示。光路窗口材料可选用石英玻璃或硼玻璃。a）平板状测试样片b）对于蜂巢状测试样片标注：1. 光窗 4. 高度调整块图中单位为 mm2. 测试样片 5. 空气层厚度3. 反应气体流动
13、6. 测试样片（蜂巢状） 。图 2. 反应器的横截面6. 2.2 光源对于测试样品为紫外光响应型光催化材料，紫外光源为波长范围在 300 nm400 nm 的UV-A。选用 GB/T 30809-2014 中合适的光源包括主波长为 365 nm 的黑灯管或蓝黑光灯管、氙灯（须用滤光片过滤掉 300 nm 以下和 400 nm 以上的可见光） .如果使用的可见光光响应性光催化剂,可使用可见光源，使用的光源可参见 GB/T 30706-2014 中的光源标准。光源应均匀地照射在光路窗口上。测试蜂巢状光催化样品时，光源应该照射测试样片的一面。需要预热的光源应配备遮光器。调整光源与反应器之间的距离，使
14、得样品表面的紫外光照度为 10 W/m2 0.5 W/m2。沿着测试样片长度的辐照强度偏差应控制在5 %范围内。6. 3 分析系统采用ISO 7996 所述的一种应用化学发光原理检测的NO X分析仪或等同能力的分析仪测量NO X的浓度。在测试前应用空白气体及涵盖了反应气浓度范围的标准气体对仪器进行校准。实验涉及到的水体样品中的硝酸根及亚硝酸根分析应采用满足ISO 10304-1 所描述的离子色谱仪或等同能力的仪器来进行分析。7. 测试的样品测试样品通常为长 99.5 mm 0.5 mm，宽 49.5 mm 0.5 mm 的片状材料，厚度应小于 5 mm。 （与反应器有关） 。多孔蜂窝状样品可采
15、用厚度小于 1 cm 以下样片。如待测样品为光催化制品，需将制品中具有光催化性能的部件取出，并裁制成测试样品规定的尺寸（长 99.5 mm 0.5 mm，宽 49.5 mm 0.5 mm 的片状材料，厚度应小于 5 mm）进行测试。8. 分析方法8. 1 样品预处理8. 1.1 去除有机物将样品置于紫外灯下照射至少 5 小时，分解测试样品表面的有机物。光照强度不小于10 W/m2，以确保有机物被完全分解。8.1.2 用纯水洗涤将样品浸泡在纯水中 2 小时以上，取出，室温下自然干燥至样品恒重。在不影响测试样品的物理和化学性质的前提下，也可以通过加热来干燥，温度不能超过 110 C。记录干燥的方法
16、以及观察到的任何现象，例如在洗涤的水中出现沉淀物等。通过 8.4.2 中描述的方法检测 pH 值和硝酸根、亚硝酸根的浓度。样品预处理尽量在测试前进行，处理后应立即测试。如果不能立即评价，样品必须保持在干净的、无污染性气体的气密性容器中。8.2 暗条件测试通过以下步骤达到在暗条件下反应气（NO）在待测材料（制品）表面的吸附 /解吸过程是否平衡。8.2.1 调节实验室温度到 25.0 C2.5C，相对湿度 50%（ISO 4677-1 ） 。调节反应气总流量在 1L/min，并使得其中一氧化氮含量稳定在 1.0 L/L 0.05 L/L（1ppm） 。记录光照强度，开启并校准污染物分析仪。8.2.
17、2 将测试样片置于反应器中，调整测试样片与窗口的距离为 5.0 0.5 mm 后合上玻璃窗口，反应器必须保证密封。8.2.3 在暗条件下，将反应气通入反应器中，气体总流量控制在 1.0L/min 0.15 L/min，其中一氧化氮含量稳定在 1.0 L/L 0.05 L/L，保持该流速通气 30 min，定期记录在暗条件下 NO 和 NO2 的浓度变化。若 30 分钟后 NOx 的浓度小于进气浓度的 90%，则继续通气直到它们的浓度超过进气浓度的 90%。8.3 光源照射条件的氮氧化物去除测试8.3.1 继续通气并打开光源(紫外或可见光光源 )，记录在光照条件下 NO 和 NO2 的浓度，反应
18、持续 5 小时。8.3.2 停止光照，继续以 0.3L/min 0.15L/min 的流速通入零级空气 30 min，记录 NOx 的浓度。8.3.3 停止通气，将测试样片从反应器中取出。测定过程中 NOx 浓度的变化，可参照图 3.标注：1.NO 进气浓度 4. 关闭光源，通入零级空气2. 反应气与样品开始接触 X：时间（h）3.打开光源 Y：NO、NO 2 浓度(L/L)图 3.测试过程中 NOx 浓度的变化8.4 洗脱测试8.4.1 把测试样品浸没在已知体积的纯水中（50 mL）中 1 小时，取出测试样品并记录水的体积（称为洗脱液 1） 。再次将测试样品浸没在第二个已知体积的纯水中（50
19、 mL）1 小时，取出测试样品并记录水的体积（洗脱液 2） 。记录下观察到的现象，例如洗脱液的颜色变化或出现沉淀物。注：如果测试样品吸水，水量可以适当增加。8.4.2 按照 ISO 10523 测定洗脱液 1 和 2 的 pH 值，同时根据 ISO 10304-1 测定硝酸根和亚硝酸根的浓度。9. 结果计算9.1 NO 的去除量数值以 mol 表示，按式（1）计算：（1）式中：f：标准状态下反应气流量的数值，单位为升每分 (L/min)；NOi：光照条件下反应气中一氧化氮进气浓度的数值，单位为微升每升（L/L ） ；NO：光照条件下反应器出口的一氧化氮的浓度的数值，单位为微升每升（L/L） ；
20、t fnd -2.4/NOiNOt fnd2.4/ NONO2 2 46/62/46/62/ 2w,NOw,3NO1w,2NO1w,3NO 2w21 VVn%10*/NOw21wxn时间 t: 此过程是指在光照条件下去除反应气的时间，以分钟来计算，如图 3 所示。9.2 NO2 的生成量数值以 mol 表示，按式（2）计算：（ 2）式 中f：标准状态下反应气流量的数值，单位为升每分 (L/min)；NO2 ：反应器出口的二氧化氮的浓度的数值，单位为微升每升（L/L） ；时间 t: 此过程是指在光照条件下去除反应气的时间，以分钟来计算，如图 3 所示。9.3 NOx 的净去除量数值以 mol 表
21、示，按式（3）计算：nNOx=nNO-nNO2 （3）式中：nNO:测试样品对 NO 的去除量的数值，单位为微摩尔（mol） ；nNO2:测试样品对 NO2 的生成量的数值，单位为微摩尔（mol） 。9.4 从已测试样品中洗脱出来的氮的含量，数值以 mol 表示，按式（4）计算：(4)式中：Vw：洗脱液的体积的数值，单位为毫升（ml） ；NO3:洗脱液中硝酸根离子浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L） ；NO2: 洗脱液中亚硝酸根离子浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L ） ；w1，w 2分别指洗脱液 1，洗脱液 2。9.5 氮的回收率数值以%表示，保留到小数点后第二位，按式（7）计算：(7)
22、式中：nw: 从已测试样品中洗脱出来的氮的含量的数值，单位为微摩尔（mol） ；nNOx: NOx 的净去除量的数值，单位为微摩尔（mol） 。10. 试验报告试验报告包括以下内容，其中 g)和 h)必须包含在每个报告中。a) 测试机构的名称和地址。b) 每份报告和报告的每一页均有特定的唯一标识，客户名称和地址，报告的签字人。c) 检测依据。d) 测试日期，温度，相对湿度等。e) 对测试样品的描述（材料，尺寸，形状等） 。f) 对测试设备的描述（规格等） 。g) 测试条件（污染物气体的种类、反应气浓度、流速、光源的种类、光照强度、使用的分析仪和照度计等等） 。h) NOx 的去除量， NO2 的生成量，氮的回收率。备注（包括测试过程中的特殊现象和变化等） 。
