不同甲醛去除材料性能比較研究

魏任重 丁盛 陸鎮嬌

摘? ? 要：室內家居材料釋放的甲醛持續危害著人們的健康，市場上的去除甲醛的產品種類繁多。為了更好的認識和選擇除醛產品，采用自制甲醛在線監測裝置，對比了九種除醛材料的2h除醛速率和5h去除率。結果表明，二氧化氯，二氧化鈦光觸媒和吡喃多胺聚酯具有較好的除醛效果，其中二氧化氯5h去除率達到96.0%，但活性較短;羥丙基甲殼素，精油和酶解植物蛋白等生物質除醛材料的除醛效果一般，具有一定長效性;氨基酸輔酶的除醛效果較差，并且容易失活。

關鍵詞：甲醛;在線監測;除醛材料;除醛速率;甲醛去除率

1? 引言

甲醛（Formaldehyde）常溫下是一種無色、有刺激性氣味的氣體，易溶于水.甲醛具有較高的生物化學活性，容易與生物體蛋白質結合。人體長期接觸甲醛氣體，會損害皮膚，呼吸器官和神經系統，造成慢性中毒。世界衛生組織已經把甲醛氣體確定重要的致癌物質，會導致肺部，口腔，皮膚，結腸等組織器官癌變。

目前甲醛對人體危害主要源頭來自室內裝修和紡織制品等。室內裝修材料主要包括各類人造板及其制品、化纖地毯、油漆涂料以及各種膠粘劑等。特別是人造板（細木工板，膠合板和刨花板等）中大量采用酚醛樹脂、脲醛樹脂膠粘劑，板材中會持續釋放甲醛到室內環境。如何解決室內空氣污染問題，一般通過控制釋放源頭、保持空氣流通和有害氣體凈化等幾種途徑。作為一種有效的方法，甲醛去除產品越來越引起人們的關注。

甲醛去除產品主要機理包括物理吸附，化學作用，生物降解，微生物代謝等。物理吸附是以分子間作用力吸附甲醛等有害物質，包括有活性炭、沸石、分子篩、硅膠等;缺點是效率低、不穩定、易脫附、易受溫度影響。化學作用是通過氧化反應，絡合反應，加成反應，光催化反應等化學作用原理，將甲醛分子分解生成二氧化碳和水等無毒分子，主要包括光觸媒二氧化鈦，含氮化合物，強氧化劑等，其中光觸媒需要以紫外線為光源，產生高活性·0H自由基，能與甲醛反應。生物降解是生物或微生物體內提取的酶物質，能分解甲醛為二氧化碳和水。通常植物包括綠蘿，吊蘭，常春藤等。此類生物酶物質對甲醛的耐受濃度有一定限度。微生物代謝是微生物以甲醛為食物碳源，通過微生物體內氧化代謝作用，轉化氨基酸，甲酸或者其他碳化合物等[。

本文將根據甲醛去除基本原理，根據自行開發的檢測方法，對比分析多種不同除醛材料的除醛效果，從而為開發高效甲醛去除產品提供支持。

2? 實驗

2.1? 原材料

二氧化鈦光觸媒，銀離子，羥丙基甲殼素，精油，蓖麻油酸鋅脂，吡喃多胺聚酯，二氧化氯，酶解植物蛋白，氨基酸輔酶，去離子水，甲醛溶液（3%質量濃度）。

2.2? 測試設備

1. 噴霧加樣閥門入口;2. 甲醛釋放源;3. 風扇;4.密封手套測試箱（400mm×400mm×600mm）;5. 出氣口;6. 電動氣泵;7. 甲醛在線測試儀（科爾諾 MOT-200-K）8. 氣體流量計;9. 進氣口;10. 計算機數據收集。

2.3? 實驗過程

（1）甲醛去除噴霧樣品的制備：用去離子水將各種除醛材料溶解，稀釋為0.1%質量分數液體，灌裝到噴霧瓶中，備用。

（2）甲醛釋放源的制備：滴加約0.5g甲醛溶液（3%）在泡沫棉（100mm×100mm）載體上，置于密閉樣品瓶中，作為甲醛釋放源（圖1-2）。

（3）甲醛檢測過程。[①]參照圖1甲醛監測裝置圖，打開密封手套測試箱（4），啟動風扇（3），使測試空間空氣充分對流，清除污染物;關閉測試箱，開啟甲醛在線測試儀（7）、電動氣泵（6）和氣體流量計（8），待甲醛在線測試儀數據歸零，并持續20min，然后關閉各儀器。[②]打開密封手套測試箱，放入甲醛釋放源樣品瓶，關閉密封手套測試箱，然后通過手套打開甲醛釋放源樣品瓶，然后依次開啟風扇、氣泵、氣體流量計，以及甲醛在線測試儀，氣體流速控制在2L/min，待環境甲醛濃度穩定在5ppm～10ppm區間，關閉甲醛釋放源樣品瓶。[③]環境甲醛濃度保持穩定30min，甲醛去除噴霧在加樣閥門口（1）噴霧約1g樣品，計算機30min收集甲醛濃度數據一次，共測試300min;測試完成后，關閉儀器，打開密封手套測試箱，清洗，通風，測試下一個樣品。

3? 結果與討論

所選擇的除醛材料主要采用化學作用和生物降解原理，是目前市場上主要除醛原材料。本論文主要監測了5小時內，九種除醛材料對甲醛去除效果。在九種除醛材料作用下，甲醛濃度在前2小時內快速下降，約5小時后，甲醛濃度基本趨于平衡。本文采用2h除醛速率（ppm/h）和5h除醛率（%）兩個數據表示不同除醛材料的初期除醛能力和最終除醛效率，具體數據詳見表1。

3.1? 初期除醛效率

根據表1的2h除醛速率數據，九種除醛材料的初期除醛能力具有明顯的差異。吡喃多胺聚酯、二氧化鈦光觸媒和二氧化氯具有最快的初期除醛能力，精油、酶解植物蛋白、羥丙基甲殼素和蓖麻油酸鋅脂初期除醛能力一般，銀離子和氨基酸輔酶的初期除醛能力最差。

吡喃多胺聚酯噴霧能和甲醛氣體發生快速凝膠反應，形成透明微凝膠，反應極為靈敏。二氧化鈦光觸媒具有良好的光催化作用，在紫外光的作用下，與甲醛反應，初期除醛效果良好。二氧化氯是一種非常強的氧化劑，它能與具有還原性的甲醛發生氧化反應，在2h除醛速率數據上，雖然它比吡喃多胺聚酯和二氧化鈦光觸媒要略差，但二氧化氯能在1h內就把大部分甲醛去除了，1h除醛速率達到5.14，遠高于其它除醛材料。精油是從天然植物中提取的有機芳香組分，具有復雜的化學結構，在初期除醛能力上，精油具有較好的作用。酶解植物蛋白是通過蛋白酶水解而成的氨基酸組分，其天然氨基基團對甲醛也有一定反應活性，除醛效果較好。另外，羥丙基甲殼素和蓖麻油酸鋅脂也具有一定除醛活性。

在九種除醛材料中，銀離子和氨基酸輔酶的初期除醛能力較差。銀離子為高價氧化態活性離子，能促使空間產生原子態氧，從而有效氧化環境中的甲醛氣體。氨基酸輔酶則是一種能降解甲醛的生物酶，初期除醛能力較差。

3.2? 最終除醛效率

根據表1的5h除醛率數據，九種除醛材料的最終除醛效率也存在明顯的差異，并且與2h除醛速率數據上也不完全一致。

二氧化氯和二氧化鈦光觸媒的5h除醛率最高，均大于85%，二氧化氯的除醛率甚至高達96.0%。另外，銀離子，精油，蓖麻油酸鋅脂和吡喃多胺聚酯的除醛率能達到70%以上，具有一定最終除醛效果。羥丙基甲殼素，酶解植物蛋白和氨基酸輔酶的除醛率較低，氨基酸輔酶的5h除醛率甚至只有33.1%。表明在沒有任何保護的情況下，生物質組分在甲醛環境中的活性長效性較差，通常在2小時后，發生失活，除醛功能下降。

3.3? 除醛材料的分析

根據以上分析，強氧化劑和光催化類除醛材料在初期除醛和最終除醛效果非常好，不過強氧化劑二氧化氯對人體呼吸器官具有一定傷害性;吡喃多胺聚酯凝膠吸附類除醛材料初期除醛效果好，但最終除醛率一般;大部分生物質除醛材料對人體健康無傷害性，但是除醛效果一般;氨基酸輔酶除醛材料的健康環保性更好，但是單獨使用的除醛效果較差，并且容易失活，只能作為生物酶除醛輔材應用。因此，在開發除醛產品時，需要充分考慮實際應用環境，結合各種除醛材料的特點，發揮協同效應，并輔以助劑，來復配產品。

4? 結束語

利用自制甲醛在線監測裝置，監測了九種除醛材料的初期除醛效果和最終除醛效果。結果表明，所有的除醛材料均在初期具有更好的活性，并且呈現初步衰減的趨勢。這些除醛材料具有不同的除醛機理，初期除醛速率和最終除醛率也存在一定差異，在開發除醛產品時，需要協同各組分的特點，綜合考慮。

參考文獻：

[1] 陳鳳娜，楊旭東.裝修材料和家具對室內甲醛污染影響的研究[J].暖通空調，2016（3）：42～45.

[2] 邱娟.室內甲醛污染現狀及控制措施研究[J].中國高新技術企業，2009（10）：129～131.

[3] 雷德定，張志國，劉波等.高效甲醛降解菌的分離篩選及應用[J].中國人造板，2018（9）：12～17.

[4] 金晶，吳婉欣，陳雯雯等.微生物甲醛代謝途徑的研究進展[J].吉林農業：學術版，2011（4）：70～72.

作者簡介：

魏任重（1979—）男，江西九江，高級工程師，博士，主要研究方向為家居裝修建筑材料，空氣凈化治理等。