一种适用于气态污染物净化材料的性能测试系统

1.本发明涉及一种气态污染物净化材料的性能测试系统，尤其涉及一种适用于针对气态化学污染物的颗粒状吸附净化材料的性能测试系统。


背景技术：

2.生产生活中对气态化学污染物的净化需求极大，例如生活环境中的甲醛净化和芯片制造工艺中的气态分子污染物净化。净化材料作为气态污染物净化设备的核心，对净化设备整体性能具有决定性影响，因此对净化材料的净化性能进行测试评价十分重要。
3.目前针对气态污染物吸附净化材料的性能测试可分为静态体积测试方法和动态穿透测试方法。静态体积测试方法基于分子扩散原理，在特定容积密封箱体内充入特定浓度的污染物气体，放入吸附净化材料后连续监测箱体内污染物浓度的变化直至平衡状态。此类性能测试装置结构简单、成本低廉，然而测试耗时长，且无法有效反映净化设备中净化材料的动态吸附过程。动态穿透测试装置通常参照iso 10121-1《一般通风气相空气净化材料及装置性能评估试验方法：气相空气净化材料》建立，为单通型系统，主要用于测试吸附净化材料的容污量等性能。此类系统要求在实际应用中应引入洁净的外部空气，需要配套压缩气泵以及除湿模块和空气净化模块；同时应稳定测试段上游的空气污染物浓度，需要配套稳定的气态污染物发生设备和气体质量流量控制器；测试过程中应同时监测上下游的污染物浓度，需要配套两台以上的污染物浓度监测设备。整套测试系统较为复杂，体积较大，且各类配套设备使得整体建造成本昂贵。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术，本发明结合静态体积法和动态穿透法，提出一种新的“动态循环法”吸附试验方法，以达到在降低设备体积和建造成本的前提下有效测试颗粒状多孔吸附材料对气态化学污染物净化性能的目的。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的一种适用于颗粒状多孔吸附材料的性能测试系统为一个闭环系统，主体包括混合室，所述混合室通过气体管路与循环泵、测试柱相连，所述循环泵的出气管路至所述混合室的进气管路间依次设有尾气口、补气口、污染物注入口，所述尾气口与补气口与气体管路通过三通阀连接；所述混合室与测试柱之间设有污染物浓度监测设备；所述测试柱通过两个三通阀设有旁通管路；所述测试柱使用过程中通过玻璃纤维或者不锈钢弹簧对测试材料进行软连接固定。
6.进一步讲，本发明所示的适用于颗粒状多孔吸附材料的性能测试系统，其中，所述混合室的内部体积尺寸、所述气体管路的内径、所述循环泵的气体流速、所述测试柱的内径、所述污染物浓度监测设备种类，均根据实际应用需求可在合理范围内进行调整；所述所有结构的材料应为不产生内源性污染物的材料，包括但不限于不锈钢、聚四氟乙烯材料；所述循环泵应为无油型空气循环泵。
7.所述所有管路的内径与长度在允许范围内选取最小尺寸，以减少管路体积对整体
体积的影响。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
9.在对净化设备的吸附材料进行气态污染物净化性能测试时，为了模拟材料在净化设备中的真实吸附过程，需要进行控制污染物气流单向流过材料，目前静态体积法无法满足这种需求，而常用的单向动态吸附系统需要持续向测试系统中充入洁净空气与稳定污染源气体，并对测试材料段的上下游浓度进行持续监测，进而导致系统需要各种配套设备，体积庞大，成本高昂。本发明提出的“动态循环法”吸附测试方法，结合了动态吸附与封闭系统的两个优势，与当前两种测试系统相比，本发明在有效模拟材料真实吸附以及解吸过程的同时，降低了系统复杂性和建造成本。
附图说明
10.图1是本发明提供的“动态循环法”吸附性能测试系统示意图；
11.图2是本发明提供的“动态循环法”吸附性能测试系统中测试柱的结构示意图。
12.图中：
13.1-混合室，2-测试柱，3-循环泵，4-污染物浓度监测器，5-旁通管路，6-污染物注入口，7-洁净空气注入口，8-排气口，9-三通阀a，10-三通阀b，11-三通阀c，12-三通阀d，13-测试材料，14-玻璃纤维，15-气流。
具体实施方式
14.本发明的设计思路是，对于常用空气净化设备中的吸附净化材料而言，污染气体都通过单向流动的方式与净化材料接触实现“动态吸附”，所以在传统的静态体积测试系统中，利用循环泵和空气管路，实现污染气体与净化材料的单向流动接触，同时摆脱了传统动态吸附测试方法对稳定污染气体供应的需求。
15.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
16.如图1，本发明提出的一种适用于吸附净化材料性能测试的“动态循环法”测试系统，系统主体由混合室、循环泵、测试柱和浓度监测器组成，所述混合室用于控制测试系统气体容积并提供污染气体与空气均匀混合的空间，所述循环泵用于制造循环空气流并提供均匀混合污染物质与空气的动力，所述测试柱用于将多孔吸附材料脱离混合室在单向流动气体中实现吸附与解吸，通过对管路中各个三通阀的调节实现测试系统的各个功能。
17.如图2所示，本发明系统中的测试柱为可拆卸可替换结构，可以根据测试材料的结构替换适合尺寸的测试柱，装载测试材料之后，测试柱两段通过玻璃纤维或者不锈钢弹簧等无散发软连接结构实现固定，所述测试柱适用于圆柱状、球状等颗粒多孔吸附材料。
18.通过将三通阀c和三通阀d调节至直通状态，将三通阀a和三通阀b调节至l型连通状态使得旁通5连通而测试柱2断开，管道7通入控温控湿的洁净空气后对整个系统进行冲洗，尾气从管道8排出，通过监测器4测量系统内空气的污染物浓度达到洁净空气标准，最终保证内部无污染物残留。
19.在完成测试系统冲洗并将测试材料装载进入测试柱之后，通过将三通阀c和三通阀d调节至l型连通状态使测试系统进入封闭状态，通过注入口6将目标污染物注入系统内
部，开启循环泵，使污染物与系统内部空气充分混合，通过监测器测量系统内空气的污染物浓度直至达到稳定的目标值，停止注入污染物后关闭循环泵；将三通阀a和三通阀b调节至直通状态关闭旁通5使测试柱连入系统，此时吸附测试开始，通过污染物浓度监测器对系统中的污染物浓度进行持续监测并记录，当系统内污染物浓度持续下降并最终达到稳定时，说明此时测试材料达到了吸附平衡，此时测试结束，浓度监测器记录下的系统污染物浓度变化可用于对比材料的净化效率并计算材料的容污量。
20.利用此系统对材料进行吸附测试后，其容污量的计算方法与iso 10121-1的方法一致，即通过监测浓度的变化使用累积法计算得到。
21.对净化材料进行解吸测试，可以直接在吸附测试之后进行：吸附测试结束后，调节三通阀a和三通阀b至l型连通状态使旁通接入系统而测试柱断开，调节三通阀c和三通阀d至直通状态，使得进气口和排气口接入系统，使系统进行洁净空气冲洗状态，将系统内污染物浓度降低至允许值后，恢复三通阀c和三通阀d至l型连接状态，调节三通阀a和三通阀b至直通状态使测试柱接入系统，使测试柱中的吸附有污染物的测试材料受到洁净空气的冲扫，污染物浓度监测器持续监测并记录浓度变化直至浓度降低至目标值或达到测试终止时间，通过监测器记录下的浓度变化可以获取净化材料的污染物保持力等信息。
22.尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，主体包括混合室(1)、测试柱(2)、循环泵(3)和污染物浓度监测器(4)组成的封闭气体环路，以及由旁通管路(5)、污染物注入口(6)、洁净空气注入口(7)、排气口(8)的辅助气路。所述测试柱(2)与旁通气路(5)由三通阀a(9)和三通阀b(10)控制，所述洁净空气注入口(7)由三通阀c(11)控制，所述排气口由三通阀d(12)控制。；所述污染物浓度监测器(4)通过对管路气体采样实现对浓度的测量。所述系统通过三通阀连通状态的变化，可以实现空气管路系统的全封闭内部循环或者外部洁净空气的导入与污染气体的排出，同时可以实现空气流通时测试柱的接入与断通。2.根据权利要求1所述的适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，其特征在于，将测试材料与混合室分离，使污染气体对测试材料进行单向流动，实现动态吸附。3.根据权利要求1所述的适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，其特征在于，所述污染物浓度监测器以旁通式方法对气体进行采样实现浓度测量，测量过程不会对管路气体浓度产生影响。4.根据权利要求1所述的适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，其特征在于，所述三通阀(a)和三通阀(b)调节至直通连接时，所述测试柱(2)接入气体管路；所述三通阀(a)和三通阀(b)调节至l型连通时，所述测试柱(2)从气体管路中断开。5.根据权利要求1所述的适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，其特征在于，所述三通阀(c)和所述三通阀(d)调节至直通连接时，所述洁净空气注入口(7)和排气口(8)接入气体管路，此时可以进行气体吹扫；所述三通阀(c)和所述三通阀(d)调节至l型连接时，所述洁净空气注入口(7)与排气口(8)断开，气体管路处于封闭状态，此时可以进行吸附和解吸测试。

技术总结
本发明公开了一种适用于气态污染物吸附材料净化性能的“动态循环法”测试系统，主体包括混合室、测试柱、循环泵和污染物浓度监测器组成的封闭气体环路，以及由旁通管路、污染物注入口、洁净空气注入口、排气口的辅助气路，并且通过三通阀调节进行系统的封闭与洁净空气的引入、以及测试柱中净化材料的接入与断开。本发明测试系统通过在传统的静态体积测试方法上接入循环管路实现污染气体对测试材料的单向流通与动态吸附，同时摆脱了传统动态吸附测试方法对于持续稳定污染气体供应和测试段上下游两点污染物浓度监测的需求，在大幅降低系统建造成本的前提下实现了对净化设备中吸附净化材料性能的有效测试。附净化材料性能的有效测试。附净化材料性能的有效测试。


技术研发人员：裴晶晶 李炯标
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.03.03
技术公布日：2023/9/13