竹質(zhì)活性炭對空氣中甲醛吸附性能的初步研究

胡瑜寧 韶濟(jì)民 黃廣川 楊兵

（四川省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站 四川 成都 610041）

引言

竹炭作為近幾年發(fā)展起來的一種新型功能材料和環(huán)境保護(hù)材料，其具有特殊的多孔結(jié)構(gòu)，且生長周期短、成材快，符合可持續(xù)發(fā)展，較其他原料活性炭具有顯著的價格優(yōu)勢，有望成為制備活性炭的重要優(yōu)良原料。

現(xiàn)階段技術(shù)人員多采用碘吸附值測定、亞甲基藍(lán)吸附值測定、分光光度法、光電光度法等方式對甲醛等室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)污染物的凈化能力進(jìn)行間接評估。其中分光光度法、光電光度法等較為簡易的定量方法，多用于測定吸附前后空氣中的甲醛含量，以間接得出活性炭對甲醛的吸附率，并非直接測定活性炭對甲醛的實(shí)際吸附量。而且由于甲醛等有害羰基化合物的揮發(fā)性高、反應(yīng)活性大，其測定過程易受二氧化硫、氮氧化物等干擾，因此采用以上分析方法存在干擾和不能準(zhǔn)確定量等缺陷[1]。

根據(jù)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)HJ683-2014[2]，利用2,4-二硝基苯肼在酸性條件下可與甲醛等羰基化合物反應(yīng)生成為較為穩(wěn)定的腙類化合物的性質(zhì)，采用氣相色譜或液相色譜對該腙類化合物進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，可實(shí)現(xiàn)對甲醛等羰基化合物的準(zhǔn)確定量。

因此，本文擬通過試驗(yàn)艙模擬空氣凈化試驗(yàn)，采用2,4-二硝基苯肼衍生化、液相色譜二極管陣列檢測方法，對竹質(zhì)活性炭吸附甲醛的性能進(jìn)行直接測定，以便為竹質(zhì)活性炭活化工藝的優(yōu)化提供較為準(zhǔn)確的技術(shù)依據(jù)。

1 主要試劑、儀器及材料

去離子水，乙腈（色譜純），氫氧化鉀（分析純），0.1mol/L的鹽酸溶液，2,4-二硝基苯肼衍生化試劑（分析純），甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（10.0mg/mL），甲醛2,4-二硝基苯腙（純度大于97%），Waters高效液相色譜儀(DAD檢測器)，NOVA-PAKC18液相色譜柱，模擬試驗(yàn)艙，市售竹炭原料。

2 試驗(yàn)方法

2.1 竹質(zhì)活性炭制備

將竹炭原料研磨粉碎后過60目篩，將篩后竹炭顆粒與氫氧化鉀按1:4的質(zhì)量比混合，置于帶蓋鎳坩堝中攪拌均勻，放置于馬弗爐的中間位置，升溫至400℃，保持30分鐘；再快速升溫至700℃，活化2h?；罨蟮臉悠方?jīng)蒸餾水清洗和0.1mol/L的鹽酸中和后，于120℃烘干得到竹質(zhì)活性炭。

2.2 模擬試驗(yàn)艙

參照相關(guān)研究，自制模擬試驗(yàn)艙，容積為0.04m3 (0.3m×0.3 m×0.445m)，艙體材料為平板狀惰性玻璃材質(zhì)；艙頂中心位置設(shè)圓形艙門，直徑0.14m，用于取放活性炭托盤及投放釋放源；艙底設(shè)可調(diào)式低速風(fēng)扇，開關(guān)布于艙外；艙體各連接處以及艙門閉合處均采用硅橡膠密封?；钚蕴渴⒎湃萜鳛閳A形托盤，直徑0.10m，惰性玻璃材質(zhì)，試驗(yàn)時置于艙底中心位置。

2.3 試驗(yàn)步驟

參照《QB/T2761-2006室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測定方法》及相關(guān)研究，稱取1g竹質(zhì)活性炭樣品，用5mL2,4-二硝基苯肼衍生化試劑均勻攪拌涂敷，減壓干燥后備用。將經(jīng)過衍生化處理的活性炭平鋪在托盤內(nèi)，置于模擬試驗(yàn)艙底部中間位置。將注有40μL甲醛標(biāo)液的醫(yī)用脫脂棉投入實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，開啟風(fēng)扇運(yùn)行5分鐘，以確保艙內(nèi)甲醛充分釋放并分布均勻，此時艙內(nèi)的甲醛初始濃度達(dá)到約10.00mg/m3。凈化過程中，活性炭所吸附的甲醛與2,4-二硝基苯肼反應(yīng)生成甲醛2,4-二硝基苯腙。24h后，將試驗(yàn)艙內(nèi)的竹質(zhì)活性炭樣品快速密封后取出，移入50mL錐形瓶中，加入10mL乙腈，振蕩萃取10min，靜置2min。萃取液經(jīng)0.45μm有機(jī)濾膜過濾后，參照HJ683-2014中的色譜條件進(jìn)行高效液相色譜分析。

測得竹質(zhì)活性炭中的甲醛2,4-二硝基苯腙的量M1，按照分子量比例換算為24h實(shí)際吸附甲醛的量M2，與試驗(yàn)艙中空氣所含的初始甲醛量M0進(jìn)行比較，即可得到竹質(zhì)活性炭的甲醛24h實(shí)際吸附率Y。本試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行5次。

3 結(jié)果與討論

竹質(zhì)活性炭24h甲醛實(shí)際吸附率數(shù)據(jù)見表1。

(1)從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，竹質(zhì)活性炭的甲醛24h吸附率在56.3%～79.2%，平均吸附率為65.8%，與已有研究中市售主流活性炭的平均吸附率（62.32%）較為接近。說明竹質(zhì)活性炭針對甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物的吸附性能不遜于椰殼、果殼等市場主流活性炭。

(2)從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，竹質(zhì)活性炭的甲醛24h吸附率較為分散，5次重復(fù)試驗(yàn)的變異系數(shù)為13.5%，偏差較大。分析原因，一是自制的竹質(zhì)活性炭選材不夠均勻，活化后研磨過篩的粒度仍較粗，且未能充分混勻；二是涂敷2,4-二硝基苯肼衍生化試劑不夠均勻；三是釋放源本身的材質(zhì)不均勻以及投放位置的不統(tǒng)一。上述原因的綜合影響導(dǎo)致了5次試驗(yàn)結(jié)果的差異。

4 結(jié)語

通過試驗(yàn)艙模擬空氣凈化試驗(yàn)，采用2,4-二硝基苯肼衍生化、液相色譜二極管陣列檢測方法，對竹質(zhì)活性炭吸附甲醛的性能進(jìn)行直接測定，結(jié)果顯示竹質(zhì)活性炭對甲醛的吸附率與市售主流活性炭較為接近，具有制備優(yōu)良活性炭的潛力。后續(xù)可在微觀結(jié)構(gòu)控制、試驗(yàn)?zāi)Ｊ礁倪M(jìn)、評價方式優(yōu)化等方面做進(jìn)一步研究。