Studie: Luftreiniger in Innenräumen sind nicht in der Lage, flüchtige organische Verbindungen zu entfernen

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Laut einer neuen Studie von MIT-Forschern können Luftreiniger für Verbraucher, die durch chemische Oxidation den Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in Innenräumen reduzieren sollen, selbst eine Quelle für VOCs sein.

Darüber hinaus variierte die Wirksamkeit der VOC-Entfernung zwischen den vier in der Studie untersuchten Produkten erheblich, wie Jesse Kroll, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen sowie Chemieingenieurwesen, und Kollegen herausfanden.

Die chemischen Reaktionen, die VOCs entfernen sollten, spielten im Betrieb der Reinigungskräfte eine untergeordnete Rolle, wobei die physikalische Entfernung der Schadstoffe durch die Absorptionsmittel oder Filter der Reinigungskräfte den größten Teil der Arbeit erledigte. In einigen Fällen führten die chemischen Reaktionen zu Nebenprodukten wie Formaldehyd, die den Gesamtschadstoffgehalt erhöhten.

„Diese Arbeit zeigt, dass zumindest bei einigen tragbaren Luftreinigern der Verbraucherklasse, die behaupten, VOCs aus der Raumluft zu entfernen, die VOC-Entfernung tatsächlich minimal sein kann und die zugeführte Luft möglicherweise zusätzliche VOCs und/oder Oxidationsnebenprodukte enthält, von denen einige es sind „Es ist bekannt, dass es schädlich für die menschliche Gesundheit ist“, schreiben die Forscher in der Zeitschrift „Environmental Science and Technology Letters“. Die Beliebtheit von Raumluftreinigern hat im vergangenen Jahr stark zugenommen, da die meisten Reiniger mit der Fähigkeit werben, Partikel zu entfernen, darunter auch solche, die ausgeatmete Viren enthalten wie SARS-CoV-2. Die MIT-Forscher haben nicht getestet, wie gut die Reiniger in ihrer Studie Partikel jeglicher Art aus der Raumluft entfernen.

„Während der Pandemie sind Luftreiniger nach tagelangem Regen wie Pilze aufgetaucht, und leider können einige dieser Luftreiniger Chemikalien in die Raumluft einbringen, die besorgniserregender sind als die Chemikalien, die sie entfernen könnten“, sagt Charles Weschler, ein Experte über Innenraumverschmutzung an der Rutgers University und der Technischen Universität Dänemark, der kein Autor der MIT-Studie war. „Das Papier von Jesse Kroll und seinen Mitarbeitern ist ein hervorragender Beweis für diese Tatsache. Es ist sorgfältig ausgeführt und die Ergebnisse werden klar und durchdacht präsentiert.“

Testen der Produkte

VOCs werden von Tausenden von Haushaltsprodukten emittiert, darunter Farben, Lösungsmittel, Klebstoffe, Reinigungsmittel, Pestizide und eine Vielzahl von Koch- und Reinigungsaktivitäten. Sie sind eine erhebliche Quelle der Luftverschmutzung in Innenräumen, und die wiederholte Exposition gegenüber einigen VOCs kann langfristige Gesundheitsprobleme wie Krebs oder Lungen-, Leber- oder Nierenschäden verursachen. Die meisten Luftreiniger für Verbraucher enthalten Filter oder Sorptionsmaterialien, die physische Partikel einschließen können VOCs, aber einige Produkte bieten auch chemische Methoden zur Zerstörung von VOCs an, wie etwa photokatalytische Oxidation oder Ionisierung mit ultraviolettem Licht, Plasmatechnologie oder Kohlenstoff-Titandioxid-Filter. „Die Oxidation von VOCs führt zu vielen wichtigen Schadstoffen in unserer Atmosphäre, wie bodennahes Ozon oder sekundärer Feinstaub“, erklärt Kroll. „In der Atmosphärenchemie-Community besteht also die Sorge, dass einige dieser Reiniger, die behaupten, die VOCs zu oxidieren, tatsächlich diese schädlichen Nebenprodukte erzeugen.“ Die Produkte sind nicht reguliert, und es gibt nur wenige Daten zu ihren VOC-Entfernungsraten Forscher bemerken. Kroll und seine Kollegen messen Oxidationsprodukte, die sich auf natürliche Weise in der Außenluft bilden. „Deshalb wollten wir die gleiche Technologie auf den Innenbereich anwenden, da wir dazu in der Lage sind“, sagt er. Die Wissenschaftler kauften vier Luftreiniger für Endverbraucher. Preisspanne zwischen 65 und 400 US-Dollar, Werbung für verschiedene physikalische und chemische Reinigungstechnologien. Sie platzierten diese Reiniger in einer kontrollierten Luftkammer, um die Geschwindigkeit zu beobachten, mit der sie die Luft von erhöhten Konzentrationen zweier in die Kammer eingeleiteter VOCs reinigten. Zu den VOCs gehörten das relativ unreaktive VOC Toluol (das oft mit dem Geruch von Farbverdünnern in Verbindung gebracht wird) und ein reaktiveres VOC namens Limonen, das einigen Reinigungsmitteln ihren Zitrusduft verleiht.

„Riesige Bandbreite“ in der Wirksamkeit

Nur zwei der Reiniger entfernten beide VOCs nach 60 bis 90 Minuten Laufzeit in der Kammer, während die anderen nur Limonen entfernten. Das Forschungsteam stellte fest, dass die Geschwindigkeit, mit der die Maschinen das Luftvolumen von VOCs reinigten, erheblich schwankte. „Es gab große Unterschiede in der Wirksamkeit, wobei einige Reiniger praktisch überhaupt nicht in der Lage waren, das Toluol überhaupt zu entfernen“, stellt Kroll fest. Weitere Experimente bestätigten, dass bei den beiden Reinigern, die VOCs am besten entfernten, die physischen oder sorbierenden Filter dies taten Der Großteil der erfolgreichen Entfernung war von entscheidender Bedeutung, wobei die Oxidation eine kleine oder vernachlässigbare Rolle spielte. Während sie in den Kammern arbeiteten, produzierten die Reiniger selbst auf zwei Arten zusätzliche VOCs. Die Forscher entdeckten Hunderte von Verbindungen, darunter Formaldehyd und Aceton, die durch langsames „Ausgasen“ der Geräte freigesetzt wurden. „Wir hätten wahrscheinlich nicht so überrascht sein sollen“, sagt Kroll. „Denn bei allen Unterhaltungselektronikgeräten nimmt man sie aus der Verpackung, reißt das Plastik ab und dann ist da dieser Geruch, der von der Ausgasung der VOCs herrührt.“ In den Fällen, in denen die Oxidation durch den Reiniger die eingeführten VOCs tatsächlich abgebaut hat, ist der Prozess Außerdem entstanden Hunderte von Nebenprodukten, darunter Formaldehyd und andere teilweise oxidierende VOCs. Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, inwieweit die Emissionsraten der Reinigungskräfte zu schlechter Luftqualität oder Gesundheitsproblemen führen würden, fügte er hinzu: „Man müsste dies wirklich in ein größeres Modell der Raumluft einbeziehen … das ein volles Haus einbezieht.“ Volumen, Luftstrom und alle Quellen von VOCs. „Die passive VOC-Produktion durch die Reiniger wird mit der Zeit wahrscheinlich abnehmen, bemerkt Kroll. Besorgniserregender sind die Nebenprodukte, die durch die Maschinen im Betrieb entstehen, da diese wahrscheinlich während der gesamten Lebensdauer der Reiniger weiter gebildet werden. „Aber zum Glück erzeugen einige der Reiniger nicht so viele Nebenprodukte, da sie die VOCs offenbar nicht wie beworben wegoxidieren. Das bedeutet leider auch, dass sie einfach nicht so gut funktionieren“, sagt er Verbraucher, die nach einer Möglichkeit suchen, VOCs in ihren Häusern und Büros zu entfernen, fügt Kroll hinzu: „Die Luftreinigung mithilfe von Aktivkohlefiltern, einer bewährten Technologie, die nicht auf chemischen Reaktionen beruht, ist immer noch der richtige Weg.“MIT Postdoc Qing Ye war der Hauptautor des Artikels. Zu den Co-Autoren gehören die MIT-Postdocs Victoria P. Barber und Amy IH Hrdina; MIT-Absolventen Erik Helstrom, Lesly J. Franco, Matthew B. Goss und Nadia Tahsini; Frank N. Keutsch, Professor für Chemie und chemische Biologie an der Harvard University; Die Harvard-Absolventen Joshua D. Shutter, Yaowei Li und Joshua L. Cox; und die Hauptwissenschaftler von Aerodyne Research, Jordan E. Krechmer und Manjula Canagaratna. Die Forschung wurde von der Alfred P. Sloan Foundation und der US National Science Foundation finanziert.

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