治理室內(nèi)甲醛污染技術(shù)的研究進(jìn)展

金松亞 王雪 楊松戀 海彬 于成博

(西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅蘭州 730030)

近年來,我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,人們對(duì)生活、辦公環(huán)境的要求也越來越高,但同時(shí)室內(nèi)裝修中使用的家具以及裝飾裝修材料成為了室內(nèi)空氣污染的隱患。這些裝飾材料釋放出來的某些污染氣體嚴(yán)重惡化了室內(nèi)空氣品質(zhì),其中甲醛被世界衛(wèi)生組織(WHO) 及美國(guó)環(huán)保局(EPA)列為可疑致癌物。因此研制、開發(fā)和引進(jìn)無污染的環(huán)保建材成為人們亟待解決的重大課題。本文主要綜述了近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)甲醛污染治理的多種方法。

1 植物凈化法

綠色植物對(duì)室內(nèi)的污染空氣具有凈化作用,人們用綠色植物美化室內(nèi)環(huán)境同時(shí)凈化室內(nèi)空氣。植物在進(jìn)行光和作用時(shí)除了可以吸收二氧化碳外還可以吸收其他含碳物種,包括對(duì)人體有害的揮發(fā)性有機(jī)物。

近年來,中國(guó)學(xué)者研究了不同植物對(duì)甲醛凈化的效率和效果,結(jié)果表明,對(duì)甲醛有良好的凈化能力的植物有:吊蘭、蘆薈、仙人掌、平安樹、綠蘿、龍舌蘭、虎尾蘭、常春藤、桂花、巴西龍骨、米蘭、龜背竹等[1-4]。

2 吸附法

主要利用某些有吸附能力的物質(zhì)吸附有害物質(zhì)從而達(dá)到去除有害污染的目的,其中吸附劑的制備是吸附技術(shù)成功與否的關(guān)鍵所在。吸附法具有一定的脫除效率、富集功能和能耗較小等優(yōu)點(diǎn),從而成為治理甲醛等揮發(fā)性有機(jī)合物(Volatile organic Compounds,VOCs)常用的方法之一。

研究表明,活性炭具有最佳的VOCs吸附性能,這是由于活性炭不具有極性、而其他吸附劑(如硅膠、金屬氧化物等)具有極性,當(dāng)存在水蒸氣時(shí)水分子容易與極性分子結(jié)合,因而降低了吸附劑吸附性能,但是,有些有機(jī)物分子不易被活性炭吸附。姜良艷[5]等利用浸漬法將MnOx負(fù)載在杏殼活性炭上對(duì)甲醛進(jìn)行了吸附處理實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明熱處理溫度為650℃,負(fù)載MnOx活性炭對(duì)甲醛的吸附量最大,可達(dá)到5.51mg/g,高于活性炭原樣。

3 催化氧化法

3.1 光催化氧化

光催化反應(yīng)是在光的作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射,受激發(fā)產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài),然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì),或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。

Yang[6]等人利用光催化降解甲醛,研究甲醛在Pt/Fe2O3/TiO2催化劑上的降解機(jī)理,指出TiO2上形成的羥基自由基與甲醛反應(yīng)生成甲酸,甲酸與超氧負(fù)離子結(jié)合生成碳酸氫根繼續(xù)反應(yīng)生成甲酸,之后甲酸鹽脫氫生成CO2。徐敏[7]等研究了活性碳纖維負(fù)載TiO2復(fù)合材料對(duì)甲醛的光催化效果,實(shí)驗(yàn)表明,復(fù)合材料在甲醛濃度為1.93mg/m3時(shí),2h的降解效率達(dá)到了99.9%,證實(shí)甲醛初始濃度、光強(qiáng)和空氣濕度是影響降解效率的關(guān)鍵因素。

3.2 多相催化氧化

催化氧化技術(shù)是一種有效的去除甲醛的方法,在一定溫度下,甲醛和氧氣在催化劑表面反應(yīng)生成CO2和H2O。主要通過物理或化學(xué)的方法將具有催化活性的金屬或金屬氧化物負(fù)載于載體上得到催化劑。

賈鈞琳[8]等采用均相沉積沉淀法制備Au/CeO2催化劑,研究了焙燒條件下金催化劑催化甲醛氧化反應(yīng)的活性機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,金催化劑具有優(yōu)異的低溫催化甲醛氧化的能力。其中經(jīng)500℃焙燒的催化劑在50℃、體積空速為5000h-1下可以實(shí)現(xiàn)甲醛的完全催化氧化。李洪芳[9]等利用氨水絡(luò)合法和沉積-沉淀法制備了納米金負(fù)載CeO2,SiO2,A12O3和TiO2等的催化劑,經(jīng)催化劑進(jìn)行元素分析、程序升溫還原、氮?dú)馕锢砦?、X射線衍射、透射電鏡和拉曼光譜等表征,研究低溫催化甲醛氧化活性。結(jié)果表明,Au/CeO2的催化性能最佳。催化劑的活性同時(shí)受Au的化學(xué)狀態(tài)和載體性質(zhì)共同影響。Au/CeO2催化劑具有較高的低溫活性,可能與離子態(tài)Au有關(guān),同時(shí)AuxCe1-xO2-δ固溶體的形成產(chǎn)生,提高了氧的活化能力,有助于提高催化劑的低溫活性。

4 等離子體法

等離子體法是在高頻放電的過程中瞬間產(chǎn)生高能量,打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵,使其分解為原子或無害分子。

周秉明[10]等利用自制的SnO2/ZnO復(fù)合催化劑用于光催化降解甲醛,發(fā)現(xiàn)600℃煅燒、保溫6h的催化劑的降解效率最好。張?jiān)鲲L(fēng)[11]等用介質(zhì)阻擋放電與催化相結(jié)合的方法,研究在不同介質(zhì)中甲醛脫除率與電壓的關(guān)系,結(jié)果顯示,填充具有較大比表面積的介質(zhì)小球有利于甲醛的脫除,同時(shí),填充二氧化鈦催化劑時(shí)甲醛脫除率高于填充γ-A12O3小球時(shí)甲醛的脫除率。結(jié)果表明:二氧化鈦光催化劑在等離子體氣氛下能夠產(chǎn)生催化活性。

5 結(jié)語

目前國(guó)內(nèi)的甲醛治理技術(shù)并不十分成熟,而且不同治理技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境和范圍也有所差別。植物凈化法中植物吸收的速率通常比較慢,而且長(zhǎng)期暴露在高濃度的甲醛中,植物的組織容易受到破壞,出現(xiàn)病變。吸附法有一個(gè)很大的缺點(diǎn)是當(dāng)吸附平衡時(shí),吸附劑就會(huì)失效,需要再生,對(duì)于大氣量的廢氣處理較難適應(yīng)。光催化一般所使用的光源為紫外光,并且其價(jià)格昂貴、壽命較短。等離子體技術(shù)在凈化空氣中的甲醛過程中容易產(chǎn)生CO、O3和NOx等有害產(chǎn)物,帶來二次污染。并且等離子體發(fā)生設(shè)備價(jià)格昂貴,能耗較高,不利于其廣泛使用。所以,尋求一種有效率有使用意義的方法刻不容緩。

[1]周曉晶,梁雙燕,金幼菊等.13種常用室內(nèi)觀賞植物對(duì)甲醛凈化效果[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(12):229-229.

[2]王利英,楊振德,鄧榮艷等.幾種園林植物對(duì)甲醛污染的反應(yīng)研究[J].廣西科學(xué),2007,14(2):163-166.

[3]黃愛葵,李楠,湯庚國(guó).四種室內(nèi)盆栽植物對(duì)高濃度苯和甲醛的吸收特性[J].環(huán)境與健康雜志,2008, 25(12):1078-1780.

[4]熊纓,蘇志剛.五種常見裝飾植物對(duì)甲醛的吸收能力比較研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(1):45-47.

[5]姜良艷,周仕學(xué),王文超等.活性碳負(fù)載錳氧化物用于吸附甲醛[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(2):337-341.

[6]YANG JJ,Ll D X,ZHANG ZJ,et al.A study of the photocatalytic oxidation of formaldehyde on Pt/Fe2O3/TiO2[J].Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry,2000,137:197-202.

[7]徐敏,何滿潮,王巖等.TiO2/ACF復(fù)合材料吸附-光催化降解甲醛的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2008,4(2):40-44.

[8]賈鈞琳,王東輝,金佳佳等.納米金催化劑低溫催化氧化甲醛和一氧化碳的研究[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,35(6):1-5.

[9]李洪芳,劉雪松,郭存霞等.載體對(duì)負(fù)載型金催化劑上甲醛催化氧化的影響[J].催化學(xué)報(bào),2009,30(10):1001-1006.

[10]周秉明,申利春.納米SnO2/ZnO復(fù)合氧化物對(duì)甲醛的光催化性能研究[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,37(3):1-4.

[11]張?jiān)鲲L(fēng),丁慧賢.低溫等離子體-催化脫除室內(nèi)VOC中的甲醛[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào),2004,14(1):15-17.