杉木和尾叶桉干燥中有机挥发物及人造板甲醛释放的研究

论文摘要

木质材料在加工利用过程中释放甲醛等各种醛类，萜烯类，有机酸、醇类等挥发物，对环境和人体造成一定的危害。本论文以杉木、尾叶桉为研究对象，对木材精油和木材生材在常温状态下释放的有机挥发物（VOC）成分进行了分析研究，重点研究了木材在高温和常规干燥条件下VOC释放成分，释放规律及影响因素，评价了木材干燥过程中VOC释放对环境的影响，为有效合理控制VOC排放和制定其排放标准提供了基础数据。同时对影响人造板甲醛释放的因素进行了深入的研究，为我国甲醛检测相关标准的修订提供了部分理论依据。研究结论如下： 1．采用水蒸汽蒸馏法，获得杉木生材精油的得油率为1.57％，尾叶桉生材精油的得油率为0.02％。利用气相色谱仪（GC-FID）、气-质联用仪（GC-MS）分析检出杉木精油中23种化学物质，其中α-蒎烯含量最多，其次是柏木脑，并在杉木精油中发现以前未检出的大香根叶烯（germacrene D）和库贝醇（cubenol）。尾叶桉精油中分析检出21种化学物质，其中主要成分为柏木脑，其次是α-柏木烯。 2．在常温下利用高纯氦气快速带出木材中VOC，用2，4-二硝基苯阱（DNPH）采集管和活性碳管分别对醛类和萜烯类VOC采样，利用高效液相色谱仪和气相色谱仪分析其成分及含量。结果表明：杉木、杨木、马尾松和尾叶桉生材常温下可释放甲醛、乙醛、己醛等多种醛类物质以及仅α-蒎烯、β-蒎烯、D-柠檬烯等萜烯类物质，其中乙醛释放量最高。杉木和杨木释放的醛类明显高于马尾松和尾叶桉；杉木释放的萜烯类VOC明显高于其它3种木材。温度由20℃上升到40℃，杉木醛类和萜烯类释放量显著增加。 3．采用小型干燥机干燥木材，在冰浴中用酸化的DNPH溶液和去离子水分别对尾气中醛类和有机酸醇类采样，用活性碳管对萜烯类采样，采用HPLC和GC-FID对VOC进行分析。结果表明，杉木干燥释放的醛类物质主要有甲醛、乙醛、丙烯醛／丙酮；极性挥发物主要有甲醇、乙酸、甲酸；萜烯类挥发物主要有α-蒎烯、莰烯、D-柠檬烯、β-蒎烯、β-水芹烯。杉木高温干燥释放的醛类和酸、醇类挥发物远高于常规干燥，但萜烯类挥发物总量差异很小。 杉木高温干燥中，挥发物总量为262.0mg／kg，其中甲醛15.7mg／kg，乙醛18.5mg／kg，甲醇110.1mg／kg，乙酸61.3mg／kg，甲酸35.0mg／kg，萜烯类9.2mg／kg。在常规干燥过程中，挥发物总量为89.8mg／kg，其中甲醛3.5mg／kg，乙醛6.9mg／kg，甲醇17.6mg／kg，乙酸29.8mg／kg，甲酸16.6mg／kg，萜烯类8.9mg／kg。 杉木干燥时终含水率对醛类和极性挥发物释放量影响较大。终含水率从10％下降到4％左右，高温干燥的总挥发物将增加16.2％，其中甲醛释放量增加27％，甲

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机挥发物（VOC）
• 1.2.1 VOC的定义与分类
• 1.2.2 VOC的来源及对人体的危害
• 1.3 木材及人造板VOC释放研究现状
• 1.3.1 木材干燥及热压过程中VOC释放
• 1.3.2 常温下人造板及木材VOC释放
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 杉木和尾叶桉精油成分及常温下木材VOC释放
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料与仪器
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.1.1 木材
• 2.2.1.2 其它材料及试剂
• 2.2.2 试验仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 木材精油的提取及成分分析试验
• 2.3.1.1 精油制备
• 2.3.1.2 精油分析
• 2.3.2 木材室温下VOC释放的试验
• 2.3.2.1 方法和原理
• 2.3.2.2 木材VOC采样
• 2.3.2.3 样品分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 木材精油的提取及成分分析
• 2.4.1.1 精油得油率
• 2.4.1.2 精油的化学组成
• 2.4.2 木材醛类及萜烯类挥发物释放
• 2.4.2.1 木材醛类挥发物释放
• 2.4.2.2 木材萜烯类挥发物释放
• 2.4.2.3 温度对杉木醛类挥发物释放的影响
• 本章小结
• 第3章 杉木和尾叶桉干燥过程中VOC释放
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料与仪器
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 主要仪器设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 木材密度测定
• 3.3.2 杉木和尾叶桉干燥工艺确定
• 3.3.3 干燥机性能及改造
• 3.3.4 VOC采样装置
• 3.3.5 VOC采样方法
• 3.3.5.1 醛类挥发物采样
• 3.3.5.2 有机酸和醇类挥发物采样
• 3.3.5.3 萜烯类挥发物采样
• 3.3.6 VOC分析
• 3.3.6.1 醛类挥发物分析
• 3.3.6.2 有机酸和醇类挥发物分析
• 3.3.6.3 萜烯类挥发物分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 木材密度
• 3.4.2 干燥尾气流量
• 3.4.3 杉木干燥过程中VOC释放
• 3.4.3.1 VOC组分和释放量
• 3.4.3.2 杉木干燥过程中VOC释放速率
• 3.4.3.3 干燥温度和含水率对杉木VOC释放的影响
• 3.4.3.4 杉木干燥中VOC来源分析
• 3.4.4 尾叶桉干燥过程中VOC释放
• 3.4.4.1 VOC组分和释放量
• 3.4.4.2 尾叶桉干燥过程中VOC释放速率
• 3.4.4.3 干燥温度和含水率对尾叶桉VOC释放的影响
• 3.4.5 杉木和尾叶桉VOC释放量比较
• 3.5 干燥过程中VOC释放对环境影响的评估
• 3.5.1 醛类挥发物对环境的影响
• 3.5.2 有机酸和醇类挥发物对环境的影响
• 3.5.3 萜烯类挥发物对环境的影响
• 本章小结
• 第4章 人造板甲醛的释放
• 4.1 引言
• 4.2 板材含水率的对甲醛释放量的影响
• 4.2.1 试验过程
• 4.2.1.1 试验材料
• 4.2.1.2 试件含水率调整
• 4.2.1.3 检测方法
• 4.2.2 试验结果与讨论
• 4.2.2.1 含水率对刨花板和中纤板干燥器值的影响
• 4.2.2.2 含水率对饰面中纤板干燥器值的影响
• 4.2.2.3 含水率对胶合板和细木工板干燥器值的影响
• 4.2.2.4 试验过程中含水率变化对干燥器值的影响
• 4.2.3 含水率对穿孔值的影响
• 4.3 干燥器法影响因素
• 4.3.1 试验过程
• 4.3.1.1 干燥器法中甲醛释放浓度模型
• 4.3.1.2 试验方法与材料
• 4.3.2 试验结果与讨论
• 4.3.2.1 吸收水表面积的影响
• 4.3.2.2 水体积的影响
• 4.3.2.3 10L干燥器法与40L干燥器法的比较
• 4.4 气候箱法影响因素
• 4.4.1 试验材料
• 4.4.2 试验过程
• 4.4.3 结果与讨论
• 4.4.3.1 温度对甲醛释放的影响
• 4.4.3.2 相对湿度对甲醛释放的影响
• 4.4.3.3 换气速率对甲醛释放的影响
• 本章小结
• 第5章 总结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录1
• 附录2