甲醛防護劑的制備及防護性能研究

郭軍軍， 裴 佩， 李 鵬， 安麗花， 趙 婷， 金彥任

(1.山西新華化工有限責任公司，山西 太原 030008；2.太原工業學院材料工程系，山西 太原 030008)

引 言

甲醛(HCHO)是一種常見的室內空氣污染物，主要來源于室內家具的人造板材、以甲醛為主要原料的黏合劑，以及含有甲醛成分并會向外界散發的其他各類裝飾材料。甲醛為毒性較高的物質，在我國有毒化學品優先控制名單上高居第二位。其對人體健康的影響主要是刺激眼部和呼吸道粘膜，產生變態反應，出現免疫功能異常，造成肝、肺損傷，影響中樞神經系統，還可損傷細胞內的遺傳物質[1-3]。針對這種情況，各種治理甲醛的技術應運而生。目前使用的治理方法可以粗略地分為臭氧氧化法、吸附法、光催化氧化法和金屬氧化物法。其中，吸附法主要是靠分子間力或吸附質和吸附劑之間形成新化學鍵的力將氣體吸附在固體表面上。需要吸附劑有較大的比表面積和適宜的孔徑分布，如，活性炭。但僅靠活性炭的吸附性，用于室內甲醛的治理還遠遠不夠。金屬氧化物法是金屬氧化物表面羥基等吸附質能作為酸或堿在吸附和催化反應中起重要作用。據報道，利用一定比例的活性炭和金屬氧化物(主要是過渡金屬氧化物)的混合物在常溫、常壓、無光的條件下對室內甲醛進行吸附[4-7]。

本方法擬利用吸附法和金屬氧化法的方式，通過化學反應或催化作用凈化甲醛氣體，對甲醛氣體的防護材料進行制備工藝研究及防護性能評價，并進行驗證，找出最佳的制備工藝及防護材料。

1 實驗部分

1.1 催化劑的制備

1.1.1 基炭與藥品

基炭：煤質活性炭、椰殼活性炭。

藥品：銅、鉬、鋅、X助劑。

1.1.2 溶液配制

催化劑的活性組分主要為銅、鉬、鋅、X助劑，在溶液配制過程中，從溶液溫度、組分添加順序等幾個方面入手，保證每一種組分充分溶解。將銅、鉬、鋅、X助劑依次加入盛有溶液的容器中，邊加熱邊攪拌，使各種活性組分分子充分擴散，溶液溫度一般在40 ℃～80 ℃。

1.1.3 浸漬工藝

采取等量浸漬方式，將配好的混合溶液加入到浸漬槽，不斷攪拌，使浸漬液與載體材料充分接觸，保證浸漬均勻、充分，然后密封靜置1 h～2 h。

1.1.4 煅燒工藝

煅燒是使活性組分變成具有活性功能的狀態的過程。煅燒溫度、煅燒時間的選擇是關鍵。煅燒溫度為130 ℃～150 ℃，煅燒時間為30 min～60 min。

1.2 性能測試

根據山西新華化工有限責任公司企業標準“煤質顆粒活性炭試驗方法甲醛蒸汽防護時間的測定”對去除甲醛用催化劑進行性能測試。評價方法具體如下：

動力管評價法，即在動力管中裝填一定高度的催化劑，用某一濃度的甲醛氣體，以一定流量，通過動力管，進出氣口處連接甲醛檢測儀，實時檢測甲醛濃度，記錄進出口甲醛濃度[8]。

本樣品檢測條件：進口濃度：c0=300×10-6～330×10-6；出口濃度：實時檢測；氣流比速：v=1.0 L/cm2·min；動力管裝填高度：h=2 cm； 動力管裝填層截面積：S=3.14 m2。

2 結果與討論

2.1 不同活性組分含量對防護性能影響

選用DP活性炭為基炭，利用等量浸漬法浸漬銅、鉬、鋅、X助劑等化學藥品，依照各藥品的不同含量制備出D系列去除甲醛用催化劑[9-12]。表1為DP活性炭主要性能測試結果，表2為各樣品的不同活性組分配比。利用動力管評價法對D系列樣品進行評價，各樣品對甲醛氣體的脫除率隨時間變化如圖1。

表1 DP活性炭主要性能測試結果

表2 各樣品的不同活性組分配比

圖1 各樣品對甲醛氣體的脫除率隨時間變化圖

從圖1可以看出，4個樣品對高濃度甲醛氣體防護效果顯著，對比分析，D-2樣品的防護效果最好，180 min時脫除率仍達到98%以上，并且在一段時間內保持平衡。

2.2 不同性能基炭對防護性能影響

為驗證D-2工藝的可行性，對外購的不同性能基炭進行D-2工藝浸漬實驗。表3為不同基炭主要性能測試結果，圖2為各催化劑樣品甲醛氣體脫除率隨時間變化圖。

表3 不同基炭基礎性能測試結果

圖2 各催化劑樣品對甲醛氣體的脫除率隨時間變化圖

從圖2可以看出，4個不同性能基炭浸漬D-2工藝對甲醛氣體的防護效果良好，且到一段時間內可以達到平衡，可以證明D-2工藝的可行性。由于各樣品之間存在差異，例如，比表面積不同，因而脫除甲醛氣體過程中也存在不同。從圖2中還可以看出，比表面積較大的基炭浸漬后對甲醛的脫除效果較好。

2.3 低濃度評價實驗

為更加接近真實環境，選擇基炭3制備的去除甲醛用催化劑進行低濃度動力管測試，測試條件中進口濃度：c0=10×10-6～12×10-6，其他條件同2.2，測試結果如圖3。

圖3 催化劑樣品對甲醛氣體的脫除率隨時間變化圖

圖3可見，樣品在低濃度甲醛氣體環境下對甲醛氣體的脫除率處于穩定狀態，100 min內脫除率保持在97%以上，防護效果與高濃度動力管相比較好。

2.4 批量放大驗證實驗

通過不同類型的小實驗驗證了D-2工藝的可行性，為進一步確定D-2工藝可以適應大批量生產，又進行了DP活性炭5 kg級放大實驗，催化劑對甲醛氣體脫除率隨時間變化如第3頁圖4。

圖4 催化劑對甲醛氣體脫除率隨時間變化圖

由圖4可見，批量放大實驗得到的催化劑對甲醛氣體的脫除率在260 min內達95%以上，這說明D-2工藝也是適用于大批量生產。

3 結論

1) D-2工藝通過不同基炭浸漬驗證可以得出該工藝制備的去除甲醛催化劑對甲醛氣體防護效果良好。

2) 去除甲醛催化劑不管在高濃度還是低濃度對甲醛氣體的防護效果顯著。

3) D-2工藝通過批量放大實驗驗證可以用于大批量生產。