活性植物墙对室内挥发性有机物、SO2和NO2的捕获效能研究

《Atmospheric Environment》：Volatile organic compounds, SO 2 and NO 2 capture by means of an indoor active living wall

本研究针对室内空气污染问题，探讨了活性植物墙系统对多种污染物（包括TVOCs、CH2O、SO2和NO2）的去除效果。研究人员通过封闭玻璃舱实验评估了五种常见观赏植物的净化能力，发现活性植物墙能显著提升污染物去除效率，特别是对甲醛和二氧化硫的净化效果突出。该研究为改善室内空气质量提供了有效的生物技术解决方案，具有重要的环境与健康意义。

　　

在现代社会，人们平均有超过80%的时间在室内度过，然而室内空气质量却常常被忽视。从新装修材料释放的甲醛，到烹饪产生的氮氧化物，再到日常清洁用品挥发的有机溶剂，室内空气污染源层出不穷。这些看不见的"健康杀手"不仅会导致建筑综合征，影响工作效率和学习能力，长期暴露还可能引发呼吸系统疾病甚至癌症风险。

传统的空气净化技术往往依赖物理过滤或化学吸附，但这些方法存在能耗高、二次污染等问题。相比之下，植物修复技术作为一种绿色、可持续的解决方案日益受到关注。特别是活性植物墙系统，通过强制通风使污染空气穿过植物层，大大提升了净化效率。然而，以往的研究多采用单次通过式实验装置，难以真实模拟室内空气持续污染和循环的特点。

为了解决这一局限，来自西班牙塞维利亚大学的研究团队在《Atmospheric Environment》上发表了一项创新性研究。他们设计了一套封闭循环实验系统，更真实地模拟了室内环境条件，并对五种常见室内观赏植物的污染物去除能力进行了全面评估。

研究人员采用了一套综合性的实验技术方法：首先建立了2立方米封闭玻璃舱实验系统，配备空气循环装置和活性植物墙模块；其次开发了多污染物混合气体发生装置，通过精确控制加热挥发和化学反应生成目标污染物；采用便携式空气质量监测仪连续监测TVOCs、CH₂O、NO₂和SO₂浓度变化；通过设置空白对照和程序对照实验确保数据可靠性；运用污染物去除率和差异去除效率等统计指标进行量化分析；最后采用动力学模型研究污染物浓度衰减规律。

3.1. 总挥发性有机化合物

研究发现五种植物对TVOCs的去除效果存在显著差异。白掌在1小时和5小时后的去除效率显著高于其他物种，表现出持续高效的净化能力。值得注意的是，所有植物在连续三天的重复暴露实验中均未出现饱和现象，表明其具备持续处理污染物的能力。动力学分析显示TVOCs的浓度衰减符合二级反应动力学，白掌和心叶蔓绿绒的半衰期较短，分别为31和34分钟。

3.2. 甲醛

所有测试植物对甲醛都表现出极高的去除效率，仅需3小时即可完全清除舱内甲醛，而对照组需要8小时。吊兰在初始阶段表现最佳，差异去除效率达到68%。特别值得关注的是，甲醛的去除速度远快于其他污染物，这对保护人体健康具有重要意义，因为甲醛是强致癌物，短期暴露就会对呼吸道产生刺激。

3.3. 二氧化氮

在研究二氧化氮去除时发现了一个有趣现象：白掌表现出异常优异的性能，在污染物注入后的初始阶段差异去除效率高达92-94%，显著优于其他物种。这种显著的种间差异可能与植物叶片结构和生理特性有关。白掌在1小时内就能实现60%的二氧化氮去除，展现了其在治理氮氧化物污染方面的巨大潜力。

3.4. 二氧化硫

虽然所有植物都对二氧化硫有一定去除效果，但整体而言二氧化硫的去除速度较慢，需要8-12小时才能完全清除。白掌再次表现最佳，半衰期仅8分钟，而心叶蔓绿绒需要84分钟。这表明不同植物对含硫污染物的代谢能力存在本质差异，可能与植物体内硫代谢途径的活性有关。

研究结果证实，活性植物墙系统能显著提高室内空气污染物的去除效率。不同植物物种对特定污染物表现出特异性去除能力，这种差异为设计混合物种植物墙提供了科学依据。白掌在去除氮氧化物方面表现突出，而吊兰对甲醛有快速去除效果。更重要的是，所有测试植物在连续三天的重复污染暴露中均未出现净化能力下降，这表明植物修复系统具备持续处理室内污染的能力。

从技术层面看，这项研究的创新之处在于采用了更接近真实室内环境的循环实验系统，避免了单次通过式实验的局限性。研究人员开发的污染物发生装置也为类似研究提供了经济有效的解决方案。动力学分析不仅揭示了污染物去除的规律，还为优化植物墙运行参数提供了理论依据。

该研究的实际意义在于为绿色建筑和健康室内环境设计提供了具体指导。通过选择合适的植物物种组合，活性植物墙可以成为有效的被动式空气净化系统，特别适用于学校、办公室、医院等需要持续改善空气质量的场所。未来研究可以进一步探索植物-微生物协同作用机制，以及在实际建筑环境中的长期性能评估。

这项研究不仅证实了植物修复技术的实用性，更重要的是建立了科学的评价方法和指标体系，为后续研究和工程应用奠定了坚实基础。随着人们对室内环境质量要求的提高，这种融合自然与技术的解决方案必将发挥越来越重要的作用。