吸附法降低室內甲醛的研究

陳培珍 劉俊劭 江慧華

（福建省高校綠色化工技術重點實驗室 武夷學院環境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

吸附法降低室內甲醛的研究

陳培珍 劉俊劭 江慧華

（福建省高校綠色化工技術重點實驗室 武夷學院環境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

本文分別通過模擬實驗艙和實際裝修房子，研究了塊狀竹炭和粒狀竹炭、負載錳氧化物活性炭和活性炭對甲醛吸附性能的比較。實驗結果表明：粒狀竹炭對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，更有利于對甲醛的吸附。負載錳氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2對甲醛具有很高的反應活性，因此負載錳氧化物活性炭比未負載錳氧化物活性炭對甲醛具有更強的吸附性能。

甲醛；吸附；錳負載；活性炭；竹炭

1 前言

近年來，隨著生活水平的提高，大量新型裝飾材料和豪華時尚的現代家具及生活用品不斷進入室內，給人們帶來方便的同時，也造成室內空氣質量的不斷惡化，對人體的危害已成為關注的熱點問題。而甲醛是造成室內空氣惡化的罪魁禍首。甲醛作為一種有刺激性且毒性很強的氣體，被國際防癌研究所列為致癌物之一。甲醛釋放周期長達三到十五年。甲醛約占室內有機污染氣體總量的70%，潛伏期最長、危害性大[1-3]。

減少甲醛的釋放和降低室內甲醛的含量以達到標準，成為人們關注的問題[4]。目前主要通過以下幾種方法來降低室內甲醛的含量：植物凈化、光催化、化學中和技術、臭氧氧化、常溫催化氧化法和吸附技術等[5,6]。與其他方法相比：吸附技術具有快速、簡便、成本低等特點，因此受到人們的廣泛關注[7]。目前使用的吸附方法主要包括物理吸附和化學吸附。物理吸附主要利用某些有吸附能力的物質吸附有害物質而達到去除有害污染的目的。常用的吸附劑為顆?；钚蕴?、活性炭纖維、沸石、分子篩、多孔粘土礦石、硅膠等[8]。物理吸附富集能力強,簡單易推廣,對低濃度有害氣體較有效。然而甲醛沸點低，僅靠物理吸附作用特別容易從吸附材料上逃逸，因此針對治理甲醛污染研究較多的吸附法是化學吸附?；瘜W吸附就是吸附質和吸附劑之間形成新化學鍵?；瘜W吸附劑一般為化學改性過的活性炭、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，因此具有選擇性、穩定不易脫附的特點[9]。本實驗以塊狀竹炭和粒狀竹炭、負載錳氧化物活性炭和活性炭為吸附劑，研究并比較此四類吸附劑對甲醛的吸附性能。

2 實驗儀器和方法

2.1 實驗試劑與儀器

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。

2.2 實驗方法

2.2.1 負載錳氧化物活性炭的制備

把一定量的活性炭浸漬在質量濃度為1.25 wt%的高錳酸鉀溶液中1小時，100℃烘干，冷卻。再在加熱爐中與氮氣氣氛650 oC下加熱0.5 h，待冷卻后取出，制得負載錳氧化物活性炭[10]。把此樣品標記為LAC(Loaded-Activated Carbon)，未負載的活性炭標記為AC。塊狀竹炭標記為C-BC (Chunk of Bamboo Charcoal)，粒狀竹炭標記為P-BC(Particle of Bamboo Charcoal)。各實驗樣品在使用前都放在烘箱里100℃烘1h。

2.2.1 甲醛吸附能力的測定

2.2.1.1 甲醛吸附能力的靜態測定

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定甲醛值。用1m3的密封的實驗倉，倉內溫度、濕度可設定并控制，倉內有3個調節風扇，使氣體濃度均勻。放少量的甲醛液在實驗倉中的散發板上，開啟電源，調節倉內溫度、濕度，經過 3 h，倉內甲醛濃度達到平衡和穩定，將實驗倉的采樣口連通采樣器后，打開實驗倉的采樣口，采樣，采的樣按國標測定甲醛濃度[11]。把11.5g不同樣品放入吸附一段時間后，又采樣測定倉內甲醛濃度，后經過不同的時間采樣分析倉內甲醛的變化。

2.2.1.2 甲醛吸附能力的動態測定

選取4間裝修相同的房間，編號為1號房、2號房、3號房、4號房；每個居室設置1個采樣點，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，采樣時間為2h。每間房密閉24小時后采樣測吸光度，每間房平行測三次，取平均值。

在 1-4號房中分別放入 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采樣測吸光度，每間房平行測三次，取平均值。

3 結果與討論

3.1 塊狀竹炭和粒狀竹炭吸附性能對比

本文利用模擬倉研究C-BC（塊狀竹炭）和P-BC（粒狀竹炭）對甲醛的靜態吸附性能。圖1為利用模擬倉法，模擬倉內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吸附倉內甲醛一天后，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，更有利于對甲醛的吸附，從而導致吸附能力更強。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對甲醛的吸附性能遠遠大于C-BC。第3天P-BC已基本達到吸附平衡，甲醛的濃度略有上升的趨勢，而塊狀竹炭3天后還未出現完全吸附飽和，直到第4天才基本達到吸附平衡。說明P-BC比CBC更易于達到吸附飽和平衡。這主要也是因為P-BC比表面積大，即接觸面積大，更易于達到吸附平衡?？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到吸附平衡。

圖1 模擬倉內大塊竹炭和粒狀竹炭吸附后甲醛濃度變化曲線

模擬倉只能靜態的研究竹炭對甲醛的吸附性能。為了動態研究竹炭對甲醛的吸附性能，本研究利用剛裝修好的房間所釋放的甲醛來動態的研究不同形貌的竹炭對甲醛的吸附性能。圖2為使用C-BC和PBC吸附后剛裝修房間內甲醛濃度的變化。從圖可知剛開始吸附0.5天后，兩房間內甲醛的濃度分別降低到0.1889 g/m3和0.1885 g/m3，而1.5天后兩房間內甲醛的濃度分別降低到0.1253g/m3和0.1241 g/m3，說明在前1.5天內P-BC和C-BC對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到最低值為0.0895 g/m3，已達到國家甲醛排放標準＜0.1 g/m3。而使用C-BC吸附的房間甲醛含量達到最低值為0.1178 g/m3。說明P-BC的吸附容量遠遠大于塊狀竹炭的吸附容量。此結果與模擬倉實驗結果相吻合。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。說明達到4.5天，P-BC基本上達到吸附飽和狀態。之后隨著裝修材料甲醛的繼續釋放，故房間內甲醛含量升高。

圖2 剛裝修房間內大塊竹炭和粒狀竹炭吸附后甲醛濃度的變化

3.2 負載錳氧化物活性炭（L-AC）和活性炭（AC）吸附能力對比

為了靜態和動態比較負載錳氧化物前后活性炭吸附性能比較，仍然采用模擬倉和剛裝修的房間來靜態和動態的比較負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天后房間內甲醛的含量已基本相同，3天后L-AC吸附房間內甲醛的含量達到最低值為0.0910 g/m3，而AC吸附房間內甲醛最低值為0.1030 g/m3，說明L-AC的吸附性能略高。

圖3 模擬倉內負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 剛裝修房間內負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-AC和AC吸附后，實際裝修房間內甲醛濃度的變化。從圖中可知，L-AC曲線在AC曲線下方，說明L-AC對甲醛的吸附性能更強。在前4天，LAC和AC對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始上升，而L-AC吸附的房間甲醛含量達到了最低值為0.0935 g/m3，說明AC更早達到吸附飽和。本文利用浸泡法將高錳酸鉀負載在活性炭后，然后在650℃氮氣氣氛中煅燒，高錳酸鉀大部分轉變為MnO2[10]，并負載在活性炭表面。Yoshika等[12]人報道稱在室溫無光的條件下，金屬氧化物MnO2與甲醛有很高的反應性。因此L-AC比AC對甲醛具有更強的吸附性能。

4 結論

本文分別通過靜態和動態實驗，研究了塊狀竹炭和粒狀竹炭、負載錳氧化物活性炭和活性炭對甲醛吸附性能的比較，得出實驗結果如下：

(1)粒狀竹炭對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，更有利于對甲醛的吸附，從而導致吸附能力更強。

(2)負載錳氧化物活性炭比活性炭對甲醛具有更強的吸附性能，因為負載錳氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2對甲醛具有很高的反應活性，因此負載錳氧化物活性炭比未負載錳氧化物活性炭對甲醛具有更強的吸附性能。

致謝本實驗工作完成過程中，朱芳瑩做了一定基礎性工作，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，Fujian 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類科技項目（項目編號：JA11263）；武夷學院對接南平產業發展科研專項（項目編號：N2011WZ05,2011DJ10）。

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