空氣中甲醛的吸附氧化研究

陳海川

（遂寧市環境監測中心站四川遂寧629000）

空氣中甲醛的吸附氧化研究

陳海川

（遂寧市環境監測中心站四川遂寧629000）

以ZnCO3、MgO、MnO2、TiO2為原料，利用共混合法制備兩種柱狀催化劑（Zn/Mn/Ti型，Zn/Mn/Mg型）。研究了兩種催化劑在空氣模擬系統中對甲醛的吸收氧化效果，并與60% TiO2/Al2O3成品催化劑相對比。結果表明，Zn/Mn/ Ti型催化劑對甲醛的凈化效果最好，適用于空氣中高濃度的甲醛凈化。

甲醛；吸附氧化；催化劑

引言

近年來，空氣中游離甲醛的問題已經引起各界的廣泛關注。人們長期在含有甲醛、氡、氨、苯及其他揮發性有機物（VOCs）的環境中生活，會出現不同程度的病變，其中以甲醛危害最為嚴重。人造板材、清潔劑、低端紡織品是生活中游離甲醛的主要來源。如何綠色、安全、高效的凈化空氣中的甲醛是急需解決的問題。

1 實驗部分

1.1 實驗主要試劑

碳酸鋅、二氧化錳、氧化鎂、氧化鈦（分析純，阿拉丁試劑）；60%TiO2/Al2O3催化劑（浙江某催化劑研發中心提供）；測定甲醛濃度所用試劑均為國藥試劑分析純。

1.2 實驗主要設備

模擬空氣甲醛吸收裝置（自制）；7955紫外可見分光光度計（上海棱光技術有限公司）；VC-5粉體混合器（中國德爾特設備有限公司）；1512-NE四柱壓片機（邁可諾技術服務公司）。

1.3 催化劑制備

Zn/Mn/Mg型催化劑：150g碳酸鋅（助催化劑），50g二氧化錳（主催化劑），300g氧化鎂（助催化劑），干混，350℃焙燒制得。

Zn/Mn/Ti型催化劑：300g碳酸鋅（助催化劑），100g二氧化錳（主催化劑），100g二氧化鈦（助催化劑），其制作工藝與Zn/Mn/Mg型催化劑相同。

60%TiO2/Al2O3型催化劑為成品催化劑。

1.4 實驗內容和主要方法

催化劑對甲醛吸附氧化效果的研究所用的裝置為自制的模擬空氣甲醛吸收裝置，如圖1。

圖1 模擬空氣甲醛吸收裝置

實驗方法：甲醛凈化裝置材質為石英管。體系內所有閥門開啟，空氣儲罐中的空氣經活性炭凈化器后通過質量流量計調節以1L/min流速進入甲醛吸收裝置，凈化后的空氣對整體管路系統進行吹掃。1h后，控制閥關閉，調整流量計4至空氣流速為200ml/min，開啟風扇和甲醛發生裝置，一定濃度的甲醛氣體和空氣混合進入緩沖罐，經控制閥進入甲醛吸收液。一定時間后，在a處取樣甲醛濃度達到0.65mg/L時，關閉控制閥8,11，甲醛發生器，風扇以及空氣儲罐；開啟閥門16及微量循環泵，調整流量計13使混合氣體以15min/L的流速通過甲醛凈化裝置。混合氣體在甲醛凈化體系和緩沖罐內以循環模式流動，通過對b點采樣可檢測催化劑動態循環吸附氧化脫除甲醛的效果。實驗結束后，對反應體系進行空氣吹掃，更換催化劑繼續實驗。

1.5 甲醛測定及分析方法

甲醛含量的測定采用GB/T 15516-1995《空氣質量-甲醛測定乙酰丙酮分光光度法》。

2 結果與討論

2.1 三種催化劑對甲醛吸附氧化效果

催化劑裝填于甲醛凈化器中，由2.4所述實驗方法對催化劑模擬吸附空氣中的甲醛效果進行測定。反應時間為25h，甲醛

圖2 不同催化劑對甲醛的氧化脫除效果

初始濃度為0.65mg/L。三種催化劑對甲醛的氧化脫除結果如圖2。

由圖2可知，三種催化劑對甲醛的氧化脫除效果依次為：Zn/Mn/Ti型最優，Zn/Mn/Mg型次之，60%TiO2/ Al2O3一般。三種催化劑在10h內對甲醛的脫除率分別為63%（Zn/Mn/Mg型），77%（Zn/Mn/Ti型），51%（60% TiO2/Al2O3），之后催化劑對甲醛氧化速率變慢，甲醛余量變化相對平緩，25h后催化劑對甲醛的脫除率分別為75%（Zn/Mn/Mg型），83%（Zn/Mn/Ti型），58%（60% TiO2/Al2O3）。

由于TiO2的禁帶寬度，可適用于TiO2發揮催化作用的光波在自然光中的含量不到7%。在自然光下，TiO2的單一型負載催化劑并不適合與高濃度甲醛的氧化脫除。

研究發現，室溫下二氧化錳與甲醛有很高的反應活性，生成CO2和水。碳酸鋅在焙燒過程中可生成活潑的氧化鋅，溢出的CO2氣體可以豐富催化劑的孔道結構，有利于甲醛的吸附。Zn/Mn/Ti型催化劑中的TiO2和MnO2共同作用于甲醛，彌補了自然光對的TiO2限制。自制的兩種催化劑在模擬吸收空氣中的甲醛體系中對甲醛的吸收效果優于60%TiO2/Al2O3。

結論

（1）在自然光條件下，60%TiO2/Al2O3催化劑對空氣中高濃度甲醛吸附氧化速率較慢，甲醛脫除效果不理想；

（2）Zn/Mn/Mg型催化劑，以MnO2為主催化劑，對甲醛的吸收氧化效果優于60%TiO2/Al2O3，甲醛脫除率較高；

（3）Zn/Mn/Ti型催化劑，以MnO2為主催化劑，TiO2為助催化劑，在模擬系統中對甲醛吸收氧化效果最好，適用于空氣中高濃度甲醛的快速吸附氧化脫除。