吸附法降低室內(nèi)甲醛的研究

陳培珍 劉俊劭 江慧華

（福建省高校綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武夷學(xué)院環(huán)境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

吸附法降低室內(nèi)甲醛的研究

陳培珍 劉俊劭 江慧華

（福建省高校綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武夷學(xué)院環(huán)境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

本文分別通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)艙和實(shí)際裝修房子，研究了塊狀竹炭和粒狀竹炭、負(fù)載錳氧化物活性炭和活性炭對(duì)甲醛吸附性能的比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粒狀竹炭對(duì)甲醛的吸附性能大于塊狀竹炭，歸功于粒狀竹炭比表面積大，與甲醛的接觸面積大，更有利于對(duì)甲醛的吸附。負(fù)載錳氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2對(duì)甲醛具有很高的反應(yīng)活性，因此負(fù)載錳氧化物活性炭比未負(fù)載錳氧化物活性炭對(duì)甲醛具有更強(qiáng)的吸附性能。

甲醛；吸附；錳負(fù)載；活性炭；竹炭

1 前言

近年來(lái)，隨著生活水平的提高，大量新型裝飾材料和豪華時(shí)尚的現(xiàn)代家具及生活用品不斷進(jìn)入室內(nèi)，給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也造成室內(nèi)空氣質(zhì)量的不斷惡化，對(duì)人體的危害已成為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。而甲醛是造成室內(nèi)空氣惡化的罪魁禍?zhǔn)?。甲醛作為一種有刺激性且毒性很強(qiáng)的氣體，被國(guó)際防癌研究所列為致癌物之一。甲醛釋放周期長(zhǎng)達(dá)三到十五年。甲醛約占室內(nèi)有機(jī)污染氣體總量的70%，潛伏期最長(zhǎng)、危害性大[1-3]。

減少甲醛的釋放和降低室內(nèi)甲醛的含量以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，成為人們關(guān)注的問(wèn)題[4]。目前主要通過(guò)以下幾種方法來(lái)降低室內(nèi)甲醛的含量：植物凈化、光催化、化學(xué)中和技術(shù)、臭氧氧化、常溫催化氧化法和吸附技術(shù)等[5,6]。與其他方法相比：吸附技術(shù)具有快速、簡(jiǎn)便、成本低等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注[7]。目前使用的吸附方法主要包括物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要利用某些有吸附能力的物質(zhì)吸附有害物質(zhì)而達(dá)到去除有害污染的目的。常用的吸附劑為顆?；钚蕴俊⒒钚蕴坷w維、沸石、分子篩、多孔粘土礦石、硅膠等[8]。物理吸附富集能力強(qiáng),簡(jiǎn)單易推廣,對(duì)低濃度有害氣體較有效。然而甲醛沸點(diǎn)低，僅靠物理吸附作用特別容易從吸附材料上逃逸，因此針對(duì)治理甲醛污染研究較多的吸附法是化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附就是吸附質(zhì)和吸附劑之間形成新化學(xué)鍵?；瘜W(xué)吸附劑一般為化學(xué)改性過(guò)的活性炭、活性炭纖維或者活性氧化鋁等，不僅具有較大的比表面積和適宜的孔徑分布，還具有表面官能團(tuán)，因此具有選擇性、穩(wěn)定不易脫附的特點(diǎn)[9]。本實(shí)驗(yàn)以塊狀竹炭和粒狀竹炭、負(fù)載錳氧化物活性炭和活性炭為吸附劑，研究并比較此四類(lèi)吸附劑對(duì)甲醛的吸附性能。

2 實(shí)驗(yàn)儀器和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

乙酸銨、冰乙酸、乙酰丙酮、鹽酸、氫氧化鈉、碘、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、甲醛、碳酸鈉和高錳酸鉀，以上試劑均為上海國(guó)藥試劑有限公司，分析純。粒狀竹炭 （直徑約為1 cm）、塊狀竹炭 （10 cm×5 cm×0.5 cm）、活性炭。大氣采樣器、水浴鍋、分光光度計(jì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 負(fù)載錳氧化物活性炭的制備

把一定量的活性炭浸漬在質(zhì)量濃度為1.25 wt%的高錳酸鉀溶液中1小時(shí)，100℃烘干，冷卻。再在加熱爐中與氮?dú)鈿夥?50 oC下加熱0.5 h，待冷卻后取出，制得負(fù)載錳氧化物活性炭[10]。把此樣品標(biāo)記為L(zhǎng)AC(Loaded-Activated Carbon)，未負(fù)載的活性炭標(biāo)記為AC。塊狀竹炭標(biāo)記為C-BC (Chunk of Bamboo Charcoal)，粒狀竹炭標(biāo)記為P-BC(Particle of Bamboo Charcoal)。各實(shí)驗(yàn)樣品在使用前都放在烘箱里100℃烘1h。

2.2.1 甲醛吸附能力的測(cè)定

2.2.1.1 甲醛吸附能力的靜態(tài)測(cè)定

由于甲醛的釋放是受溫度和濕度的影響，為了消除此影響值，故選擇在恒定溫度和濕度下測(cè)定甲醛值。用1m3的密封的實(shí)驗(yàn)倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)溫度、濕度可設(shè)定并控制，倉(cāng)內(nèi)有3個(gè)調(diào)節(jié)風(fēng)扇，使氣體濃度均勻。放少量的甲醛液在實(shí)驗(yàn)倉(cāng)中的散發(fā)板上，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)倉(cāng)內(nèi)溫度、濕度，經(jīng)過(guò) 3 h，倉(cāng)內(nèi)甲醛濃度達(dá)到平衡和穩(wěn)定，將實(shí)驗(yàn)倉(cāng)的采樣口連通采樣器后，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)倉(cāng)的采樣口，采樣，采的樣按國(guó)標(biāo)測(cè)定甲醛濃度[11]。把11.5g不同樣品放入吸附一段時(shí)間后，又采樣測(cè)定倉(cāng)內(nèi)甲醛濃度，后經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間采樣分析倉(cāng)內(nèi)甲醛的變化。

2.2.1.2 甲醛吸附能力的動(dòng)態(tài)測(cè)定

選取4間裝修相同的房間，編號(hào)為1號(hào)房、2號(hào)房、3號(hào)房、4號(hào)房；每個(gè)居室設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，距離墻壁0.5m，采樣高度與人的呼吸高度一致。采樣流量為0.5 L/min，采樣時(shí)間為2h。每間房密閉24小時(shí)后采樣測(cè)吸光度，每間房平行測(cè)三次，取平均值。

在 1-4號(hào)房中分別放入 L-AC、AC、C-BC和 PBC樣品各1000 g，各樣品平鋪放于40cm×25cm的紙上。每隔12h采樣測(cè)吸光度，每間房平行測(cè)三次，取平均值。

3 結(jié)果與討論

3.1 塊狀竹炭和粒狀竹炭吸附性能對(duì)比

本文利用模擬倉(cāng)研究C-BC（塊狀竹炭）和P-BC（粒狀竹炭）對(duì)甲醛的靜態(tài)吸附性能。圖1為利用模擬倉(cāng)法，模擬倉(cāng)內(nèi)C-BC和P-BC吸附后甲醛濃度變化曲線，從圖可知使用C-BC和P-BC吸附倉(cāng)內(nèi)甲醛一天后，甲醛的濃度分別降低到0.2100 mg/m3和0.1850 mg/m3，說(shuō)明P-BC的吸附性能大于C-BC。這主要是由于P-BC比表面積大，與甲醛的接觸面積大，更有利于對(duì)甲醛的吸附，從而導(dǎo)致吸附能力更強(qiáng)。且從圖1可知2天后，P-BC吸附甲醛的濃度降低到0.0850，而C-BC甲醛的濃度只降低到0.1453 mg/m3，這更加證明了P-BC對(duì)甲醛的吸附性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C-BC。第3天P-BC已基本達(dá)到吸附平衡，甲醛的濃度略有上升的趨勢(shì)，而塊狀竹炭3天后還未出現(xiàn)完全吸附飽和，直到第4天才基本達(dá)到吸附平衡。說(shuō)明P-BC比CBC更易于達(dá)到吸附飽和平衡。這主要也是因?yàn)镻-BC比表面積大，即接觸面積大，更易于達(dá)到吸附平衡?？傊捎赑-BC比C-BC具有更大的比表面積大，因此具有更大的吸附容量和易于達(dá)到吸附平衡。

圖1 模擬倉(cāng)內(nèi)大塊竹炭和粒狀竹炭吸附后甲醛濃度變化曲線

模擬倉(cāng)只能靜態(tài)的研究竹炭對(duì)甲醛的吸附性能。為了動(dòng)態(tài)研究竹炭對(duì)甲醛的吸附性能，本研究利用剛裝修好的房間所釋放的甲醛來(lái)動(dòng)態(tài)的研究不同形貌的竹炭對(duì)甲醛的吸附性能。圖2為使用C-BC和PBC吸附后剛裝修房間內(nèi)甲醛濃度的變化。從圖可知?jiǎng)傞_(kāi)始吸附0.5天后，兩房間內(nèi)甲醛的濃度分別降低到0.1889 g/m3和0.1885 g/m3，而1.5天后兩房間內(nèi)甲醛的濃度分別降低到0.1253g/m3和0.1241 g/m3，說(shuō)明在前1.5天內(nèi)P-BC和C-BC對(duì)甲醛的吸附基本相同。然而2天后，P-BC吸附的房間甲醛含量仍然降低，而C-BC吸附的房間，甲醛的含量基本保持不變。4.5天后P-BC吸附的房間甲醛含量達(dá)到最低值為0.0895 g/m3，已達(dá)到國(guó)家甲醛排放標(biāo)準(zhǔn)＜0.1 g/m3。而使用C-BC吸附的房間甲醛含量達(dá)到最低值為0.1178 g/m3。說(shuō)明P-BC的吸附容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塊狀竹炭的吸附容量。此結(jié)果與模擬倉(cāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。這也主要是由于P-BC的比表面積大的原因。之后甲醛的含量上升。說(shuō)明達(dá)到4.5天，P-BC基本上達(dá)到吸附飽和狀態(tài)。之后隨著裝修材料甲醛的繼續(xù)釋放，故房間內(nèi)甲醛含量升高。

圖2 剛裝修房間內(nèi)大塊竹炭和粒狀竹炭吸附后甲醛濃度的變化

3.2 負(fù)載錳氧化物活性炭（L-AC）和活性炭（AC）吸附能力對(duì)比

為了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)比較負(fù)載錳氧化物前后活性炭吸附性能比較，仍然采用模擬倉(cāng)和剛裝修的房間來(lái)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的比較負(fù)載錳氧化物前后吸附性能的變化。從圖3可知，1天后L-AC和AC吸附后甲醛的濃度分別降低到0.2413 g/m3和0.1922 g/m3，然而2天后房間內(nèi)甲醛的含量已基本相同，3天后L-AC吸附房間內(nèi)甲醛的含量達(dá)到最低值為0.0910 g/m3，而AC吸附房間內(nèi)甲醛最低值為0.1030 g/m3，說(shuō)明L-AC的吸附性能略高。

圖3 模擬倉(cāng)內(nèi)負(fù)載錳氧化物活性炭和活性炭吸附后甲醛濃度變化曲線

圖4 剛裝修房間內(nèi)負(fù)載錳氧化物活性炭和活性炭吸附后甲醛濃度的變化

圖4為L(zhǎng)-AC和AC吸附后，實(shí)際裝修房間內(nèi)甲醛濃度的變化。從圖中可知，L-AC曲線在AC曲線下方，說(shuō)明L-AC對(duì)甲醛的吸附性能更強(qiáng)。在前4天，LAC和AC對(duì)甲醛的吸附相差不大，然而4.5天后AC吸附的房間甲醛含量已開(kāi)始上升，而L-AC吸附的房間甲醛含量達(dá)到了最低值為0.0935 g/m3，說(shuō)明AC更早達(dá)到吸附飽和。本文利用浸泡法將高錳酸鉀負(fù)載在活性炭后，然后在650℃氮?dú)鈿夥罩徐褵?，高錳酸鉀大部分轉(zhuǎn)變?yōu)镸nO2[10]，并負(fù)載在活性炭表面。Yoshika等[12]人報(bào)道稱(chēng)在室溫?zé)o光的條件下，金屬氧化物MnO2與甲醛有很高的反應(yīng)性。因此L-AC比AC對(duì)甲醛具有更強(qiáng)的吸附性能。

4 結(jié)論

本文分別通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，研究了塊狀竹炭和粒狀竹炭、負(fù)載錳氧化物活性炭和活性炭對(duì)甲醛吸附性能的比較，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

(1)粒狀竹炭對(duì)甲醛的吸附性能大于塊狀竹炭。這主要是由于粒狀竹炭比表面積大，與甲醛的接觸面積大，更有利于對(duì)甲醛的吸附，從而導(dǎo)致吸附能力更強(qiáng)。

(2)負(fù)載錳氧化物活性炭比活性炭對(duì)甲醛具有更強(qiáng)的吸附性能，因?yàn)樨?fù)載錳氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2對(duì)甲醛具有很高的反應(yīng)活性，因此負(fù)載錳氧化物活性炭比未負(fù)載錳氧化物活性炭對(duì)甲醛具有更強(qiáng)的吸附性能。

致謝本實(shí)驗(yàn)工作完成過(guò)程中，朱芳瑩做了一定基礎(chǔ)性工作，在此一并致謝。

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Study on Decrease Indoor Formaldehyde by Adsorption Method

CHEN Peizhen LIU Junshao JIANG Huihua

(The Key Laboratory for Green Chemical Engineering Technology of Fujian Higher Education;Department of Environmental and Architectural Engineering,Wuyi University，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300)

This paper studied adsorptivity of formaldehyde of chunk of bamboo charcoal and particle of bamboo charcoal,loaded-activated carbon and activated carbon by simulation lab and actual decorated the house.The results show that adsorptivity of formaldehyde by particle of bamboo charcoal is stronger than particle of bamboo charcoal,which is attributed to particle of bamboo charcoal has bigger surface area than chunk of bamboo charcoal.Moreover,manganese oxide loaded activated carbon is stronger than activated carbon,which is attributed to manganese oxide loaded activated carbon has mass manganese dioxide on surface.

formaldehyde;adsorption;manganese loaded;activated carbon;bamboo charcoal

X510.6

A

1674－2109(2012)01－0033－04

2012-02-17

福建省教育廳A類(lèi)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JA11263）；武夷學(xué)院對(duì)接南平產(chǎn)業(yè)發(fā)展科研專(zhuān)項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：N2011WZ05,2011DJ10）。

陳培珍（1968-），女，漢族，副教授，主要研究方向：天然高分子產(chǎn)物和資源綜合利用。