民用建筑裝修中甲醛的來(lái)源及測(cè)試技術(shù)

葉竹林

廣州華清環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司 廣東廣州 510000

甲醛，化學(xué)分子式為HCHO，又名蟻醛，1876年由霍夫曼發(fā)現(xiàn)，是一種原生毒素，無(wú)色、有刺激性氣味，沸點(diǎn)為-19.5℃，熔點(diǎn)為-92℃，極易揮發(fā)，相對(duì)密度略大于空氣。甲醛是一種非常好的溶劑，主要用于防腐劑和粘合劑，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及人造板材中使用比較廣泛。甲醛含量為37%的溶液是常見(jiàn)的福爾馬林液，此溶液極易揮發(fā)。由于甲醛沸點(diǎn)低，人造板材中用到的粘合劑也會(huì)揮發(fā)出甲醛。

1 甲醛的來(lái)源

1.1 甲醛的來(lái)源

室內(nèi)環(huán)境的空氣中甲醛主要來(lái)自于建筑裝飾、裝修材料和家具。人造板作為重要的裝飾裝修材料以及家具材料，由于大量使用脲醛樹(shù)脂膠勃?jiǎng)谑褂眠^(guò)程中會(huì)長(zhǎng)期緩慢地釋放甲醛。地毯、壁紙、內(nèi)墻涂料等室內(nèi)裝飾材料所釋放的甲醛對(duì)居室環(huán)境的污染也很?chē)?yán)重。現(xiàn)代科學(xué)的研究表明，甲醛對(duì)人體的健康有負(fù)面影響。當(dāng)室內(nèi)空氣重含量為0.1mg/m3時(shí)就有異味和不適感；0.3mg/m3，時(shí)可刺激眼睛引起流淚；0.5mg/m3，時(shí)引起咽喉不適或疼痛；濃度再高可引起惡心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫；當(dāng)空氣中達(dá)到30mg/m3，時(shí)可當(dāng)即致死。產(chǎn)期接觸低劑量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月經(jīng)紊亂、妊娠綜合征，引起新生兒體質(zhì)降低、染色體異常，甚至引起鼻咽癌。高濃度的甲醛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等都有毒害[1]。

1.2 甲醛的危害

1.2.1 對(duì)人體眼睛及呼吸道的刺激作用

甲醛具有刺激性，長(zhǎng)期接觸低濃度的甲醛可能會(huì)引起頭痛、頭昏、咽干、咳嗽等呼吸系統(tǒng)不適。急性刺激可能會(huì)引起流淚、打噴嚏、咳嗽、惡心、呼吸困難等。人體吸入高濃度甲醛后會(huì)出現(xiàn)水腫、眼刺痛、頭痛等嚴(yán)重癥狀。如果甲醛濃度過(guò)高則會(huì)危及生命。

1.2.2 對(duì)人體免疫系統(tǒng)的影響

人體接觸大量甲醛可能引起過(guò)敏性紫癱。我國(guó)有研究人員對(duì)經(jīng)常接觸甲醛的工人進(jìn)行了免疫功能的研究，結(jié)果表明甲醛能夠改變血清中的IgG,IgA含量。另有研究表明過(guò)敏體質(zhì)人員接觸甲醛后其過(guò)敏現(xiàn)象會(huì)加重。

1.2.3 對(duì)人體器官的影響

人體接觸甲醛還可能引起接觸性皮炎。人體長(zhǎng)時(shí)間暴露在含有低濃度甲醛的空氣中，可能會(huì)出現(xiàn)皮膚干燥開(kāi)裂，汗腺分泌被抑制等反應(yīng)。人體內(nèi)的甲醛主要通過(guò)肝臟以及腎臟排出體外，所以甲醛對(duì)人體的肝臟以及腎臟也會(huì)有強(qiáng)大的破壞作用。

1.2.4 致畸與致癌作用

甲醛己經(jīng)被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)定為可疑致癌物，世界衛(wèi)生組織及美國(guó)環(huán)境保護(hù)局也都把甲醛列為危險(xiǎn)致癌物質(zhì)。有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，甲醛能進(jìn)入單碳循環(huán)，通過(guò)一系列的反應(yīng)可以與DNA相聯(lián)。另有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，孕鼠在甲醛環(huán)境里，可誘導(dǎo)胚胎死亡，或增加胎兒畸形的發(fā)生率。

2 民用建筑裝修中甲醛的測(cè)試技術(shù)

2.1 電化學(xué)傳感器法

電化學(xué)傳感器法是目前便攜式甲醛檢測(cè)儀器中最常用的檢測(cè)方法，主要原理是氣體中的甲醛分子擴(kuò)散后在電極電壓作用下發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生擴(kuò)散電極電流，此電流與甲醛分子的濃度成正比。電化學(xué)傳感器法檢測(cè)甲醛的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、快速、便攜方便等，但極易受其它氣體影響，而且電化學(xué)池的壽命較短，需定時(shí)補(bǔ)充電解液或者更換電化學(xué)傳感器，同時(shí)由于此類(lèi)儀器均從國(guó)外引進(jìn)，所以價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高，不適合中國(guó)市場(chǎng)的需求。

2.2 可調(diào)激光吸收光譜法

可調(diào)激光吸收光譜法是目前最受關(guān)注的光譜分析方法。它的檢測(cè)原理是通過(guò)發(fā)射窄的激光束測(cè)定目標(biāo)物的旋轉(zhuǎn)一振動(dòng)位的信號(hào)來(lái)定量的。激光束經(jīng)過(guò)大約150m的光程和多級(jí)吸收池到達(dá)樣品池，樣品池中的甲醛在1740cm-1處有較大吸收峰，通過(guò)計(jì)算就可以得出甲醛的含量或濃度。此方法的檢測(cè)限0.25ppb(體積的十億分之一，納克級(jí))，并且每三分鐘可測(cè)一次，可以進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，靈敏度高，所以被廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用在飛機(jī)上檢測(cè)對(duì)流層大氣中的甲醛濃度。

2.3 差分光學(xué)吸收光譜法

該方法利用光線在大氣傳輸時(shí)各氣體分子在不同波段對(duì)其有不同的差分吸收特性來(lái)反演這些氣體在大氣中的濃度。根據(jù)圖2.3可以看出空氣中甲醛在300nm到347nm波長(zhǎng)區(qū)間有較強(qiáng)吸收。差分光學(xué)吸收法需要在離檢測(cè)器5一10km的地方放置一個(gè)寬光譜光源如高壓氛燈，光線通過(guò)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入接收裝置然后經(jīng)過(guò)多次反射刁‘能到達(dá)檢測(cè)器，檢測(cè)器一記錄其在300347nm處的光譜，通過(guò)與甲醛標(biāo)準(zhǔn)氣體光譜比較分析計(jì)算出甲醛的含量。此方法的檢出限可以達(dá)到0.3ppb，靈敏度高，但是由于需要使用很長(zhǎng)的光程達(dá)到高靈敏度，所以很少被用于做常規(guī)檢測(cè)。

2.4 窄帶吸收法

窄帶吸收法是基于差分吸收光譜法原理的一種改進(jìn)檢測(cè)方法，由于差分吸收法利用的是寬光譜光源，而且用單色儀對(duì)其進(jìn)行頻譜掃描，導(dǎo)致了每個(gè)吸收頻帶上的光功率較小，所以需要非常長(zhǎng)的光程來(lái)實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測(cè)，長(zhǎng)光程的實(shí)現(xiàn)制造比較困難，而且此方法容易引起測(cè)量偏差。有學(xué)者采用半導(dǎo)體激光器作為光源，在3kHz鋸齒波驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生頻率連續(xù)變化的激光，被分束器分成兩束激光，兩束激光分別經(jīng)過(guò)被測(cè)氣體和參考?xì)怏w吸收室，最后經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集與處理單元。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)的輸出與甲醛氣體的實(shí)際濃度成線性關(guān)系，說(shuō)明此檢測(cè)方法的可行性。此檢測(cè)方法是在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備同樣不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)[2]。

2.5 衰蕩腔光譜法

衰蕩腔光譜法是一種新型的高靈敏度光譜技術(shù)，通過(guò)測(cè)量激光信號(hào)在腔內(nèi)的衰減速率推算腔內(nèi)痕量氣體對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收系數(shù)，然后再由吸收系數(shù)反演出該痕量氣體的濃度。衰蕩腔技術(shù)中的激光脈沖被注入含有高反射鏡的腔體中，激光在腔體中反復(fù)反射多次，使吸收光程達(dá)到數(shù)千米乃至幾十千米，實(shí)現(xiàn)高靈敏度，特別適合空氣中低濃度氣體成分的檢測(cè)。

有學(xué)者利用衰蕩腔光譜法做實(shí)驗(yàn)，給腔內(nèi)充氮?dú)?，工作氣壓?000Pa，激光波長(zhǎng)調(diào)諧在2914.3cm-1處，甲醛氣體在2914.46cm-1，附近有最大吸收峰，而氮?dú)庠诖颂師o(wú)吸收，激光波長(zhǎng)從2914.25cm-1到2914.65cm-1檢測(cè)到甲醛的吸收光譜。實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫刈C明衰蕩腔光譜法測(cè)甲醛的可行性，但是此方法需要高精度的衰蕩腔振蕩器，此振蕩器光路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)低成本檢測(cè)。

2.6 快速檢測(cè)法

目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也有一些快速檢測(cè)甲醛的方法，主要有試紙法、比色速測(cè)包、檢測(cè)管法等。這些方法都是基于比色法的色階變化或比長(zhǎng)法的顯色長(zhǎng)度變化。試紙法和比色速測(cè)包法都是源于比色法原理，空氣中的甲醛擴(kuò)散到試紙或試劑上與其反應(yīng)而發(fā)生顯色，然后與色階卡進(jìn)行對(duì)比來(lái)得到甲醛的濃度。此種方法成本低、操作簡(jiǎn)單，但是比色卡顏色的制作精度以及人眼對(duì)顏色的鑒別差異使其準(zhǔn)確度較差，目前僅用于室內(nèi)空氣中甲醛含量的半定量檢測(cè)。

2.7 色譜法

2.7.1 氣相色譜法

使用到的儀器為OV色譜柱以及氫焰離子化檢測(cè)器。具體操作方法為：將含有甲醛的空氣在酸性條件下與2,4一二硝基苯臍（2,4-DNPH）的硫酸溶液進(jìn)行反應(yīng)，生成穩(wěn)定的2,4一二硝基苯膝。用二硫化碳洗脫后，利用OV色譜柱進(jìn)行分離，用氫焰離子化檢測(cè)器來(lái)測(cè)定，以保留的時(shí)間定性，峰高定量。

優(yōu)點(diǎn)：選擇性好，干擾因素少，靈敏度高，被國(guó)家列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法（GB/T18204.26-2000）。缺點(diǎn)：存在衍生物同分異構(gòu)體的問(wèn)題，對(duì)儀器設(shè)備以及操作要求很高，測(cè)定范圍窄。

2.7.2 高效液相色譜法

高效液相色譜儀通常和紫外吸收檢測(cè)器相聯(lián)接共同使用，稱(chēng)為高效液相色譜紫外檢測(cè)法（HPLC-UV）。檢測(cè)原理是空氣中的甲醛在酸性條件下與吸附劑表面涂的2,4一二硝基苯臍（DNPH）反應(yīng)生成蹤而被保留，用二硫化碳洗脫，然后采用高壓液相色譜進(jìn)行分離，利用紫外吸收檢測(cè)器檢測(cè)。

2.7.3 離子色譜法

離子色譜法用到的儀器是Dinex=10型離子色譜檢測(cè)器。利用3%的堿性過(guò)氧化氫把空氣中甲醛氧化成甲酸鹽陰離子然后分離洗脫，再抑制，最后進(jìn)入離子色譜檢測(cè)器分析。本方法操作比較復(fù)雜。

3 民用建筑裝修中甲醛的防治

3.1 污染源控制

從源頭減少或者避免甲醛等室內(nèi)污染氣體產(chǎn)生的以及用外界屏障防止污染氣體其進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境方法叫做污染源控制。從理論上講，對(duì)影響居室空氣甲醛含量的室內(nèi)污染源進(jìn)行防治，相比其它后期措施控制、在源頭上污染是一種更加行之有效的方法。首先要有環(huán)境設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)理念，從居室清潔環(huán)保進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用綠色建材，盡量減少膠體等甲醛釋放源的使用，從而有效減少居室污染源釋放量，達(dá)到降低、預(yù)防居室甲醛污染的目的。

3.2 物理化學(xué)吸附

吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附，主要是利用多孔物質(zhì)的吸附性對(duì)有害氣體進(jìn)行吸附，故此類(lèi)凈化材料都必須具有較強(qiáng)的吸附能力。例如，活性炭、硅膠及沸石等，其中活性炭以其較大的比表面積、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及容易再生等性質(zhì)成為首要的吸附材料，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化甲醛的治理。但是常規(guī)的活性炭有其自身的缺陷?；钚蕴课綄?duì)室內(nèi)氣體的吸附大多屬于物理吸附，吸附能力微弱，且活性炭屬于疏水性物質(zhì)，對(duì)親水性物質(zhì)的吸附能力較差，而室內(nèi)主要污染物甲醛屬于親水性物質(zhì)。另外，物理吸附具有較差的穩(wěn)定性，當(dāng)壓力、溫度等條件變化時(shí)容易脫附從而造成二次污染。目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者正著力于研究和開(kāi)發(fā)高效的炭質(zhì)室內(nèi)空氣凈化、吸附劑。沸石、分子篩等在室內(nèi)空氣污染物甲醛凈化方面的研究報(bào)道極少，人工合成分子篩的價(jià)格較高，而天然分子篩在孔隙率和吸附性能等方面都難以符合甲醛的附效果的要求，也限制了其的廣泛使用[3]。

3.3 臭氧氧化

臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力，能夠氧化空氣中的甲醛等有機(jī)有害氣體。楊丹鳳等研究表明，裝修居室經(jīng)低濃度臭氧處理后的甲醛濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。因而采用臭氧氧化技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)甲醛的凈化有一定的局限性，對(duì)于臭氧的濃度有比較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，只有在一定的范圍內(nèi)才能到達(dá)較好的凈化效果，超出這個(gè)范圍不僅凈化效果不理想，而且臭氧自身就會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境造成一定的污染。

3.4 低溫等離子體方法

生物酶作為生物催化劑，具有無(wú)毒無(wú)害，環(huán)境友好等特點(diǎn)。生物酶是由生物體自身產(chǎn)生的，具有高度特殊性的催化劑，其特殊性如下所述：①專(zhuān)一性：特定的專(zhuān)屬酶只能催化某一特定種類(lèi)的物質(zhì)，對(duì)其他物質(zhì)并不能產(chǎn)生催化作用。②高效性：酶的催化效率非常高，一般能達(dá)到相應(yīng)無(wú)機(jī)催化劑的幾千倍到幾百萬(wàn)倍。③低反應(yīng)條件：酶催化反應(yīng)能夠常壓、常溫條件下進(jìn)行，而進(jìn)不像一般無(wú)機(jī)催化劑必須在強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、高壓、高溫、等特殊條件進(jìn)行。④能夠降低反應(yīng)的活化能：酶主要是通過(guò)降低反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能來(lái)提高其反應(yīng)的速率，從而使反應(yīng)能夠更加容易進(jìn)行。，酶作為一種催化劑，在反應(yīng)前后是不被消耗的，在能夠進(jìn)行大生產(chǎn)時(shí)，如有條件的情況下酶還可進(jìn)行回收利用。⑤易變性失活：在受到射線、表面活性劑、熱、強(qiáng)酸、紫外線、金屬鹽、強(qiáng)堿及其它因素或者化學(xué)試劑影響時(shí)，生物酶蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變化，產(chǎn)生變性反應(yīng)，從而使酶失去活性。生物酶技術(shù)是運(yùn)用微生物與酶的結(jié)合來(lái)完成對(duì)室內(nèi)空氣污染源進(jìn)行有效治理的，其利用微生物代謝功能強(qiáng)、繁殖能力快（幾小時(shí)或者十幾小時(shí)就可以繁衍一代）等特點(diǎn)來(lái)分解室內(nèi)苯、甲醛等室內(nèi)有害污染氣體，這種微生物把有害物質(zhì)作為所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生存繁殖，其中有害物質(zhì)越多其微生物繁殖速度便越快，當(dāng)有害污染物質(zhì)逐漸減少其相應(yīng)微生物的數(shù)目也隨之減少。由于微生物屬于納米級(jí)，個(gè)體非常微小，所以能夠輕松解決板材及膠體內(nèi)部的游離甲醛及其他空氣污染物，不會(huì)對(duì)其造成二次污染，但污染物濃度必須控制在一定濃度之下，由于微生物的特性，溫度也必須控制在一定的范圍內(nèi)，這也大大限制了生物酶技術(shù)在室內(nèi)空氣污染方面的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

甲醛是裝修居室和建筑材料釋放到空氣中的主要污染物，因其潛在的致敏、致癌、致畸己成為近年室內(nèi)環(huán)境研究的熱點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各式各樣的樓盤(pán)如雨后春筍般出現(xiàn)，加上采暖空調(diào)的普及化和室內(nèi)裝潢的專(zhuān)業(yè)化，人們居住環(huán)境的便利性和舒適性得到了很大的改善。但是，由于高斷熱和高氣密性建筑的大肆開(kāi)發(fā)和新型建材的廣泛應(yīng)用，致使居民在享受便利性和舒適性的同時(shí)不能忽略由其引起的環(huán)境問(wèn)題。其中代表性的問(wèn)題就是與病態(tài)建筑相關(guān)聯(lián)的室內(nèi)空氣污染問(wèn)題。