利用活性炭吸附作用去除室內甲醛的效果分析

葉彩華

（漳州職業技術學院，福建 漳州 363000）

甲醛作為室內環境污染的元兇之一，對人體的危害較大，需要進行清除。在室內甲醛的清除中，不同的方法產生的效果不同，當前較為常用的方法為活性炭吸附法[1]。利用活性炭吸附室內甲醛可以幫助改善室內環境，為居民的身心健康提供保障。

1 甲醛的來源

甲醛是醛類中毒性較強的一個品種，對人體的危害較大。人體長期暴露在甲醛環境中，會出現咳嗽、發熱、胸悶、食欲不振等癥狀，所以需要清除環境中的甲醛[2]。在人們的居住環境中，甲醛主要源于以下兩個方面。

1.1 室外空氣中的甲醛

當前，室外環境中的甲醛主要源于皮革制作所用防腐劑和脫臭劑、紡織生產所用漂白劑、工業造紙所用漂白劑等產生的廢氣。在生產甲醛或以甲醛作為生產原料的化工廠和木材廠中，會產生大量甲醛[3]。石油、煤炭、天然氣、香煙等有機材料在高溫高熱的環境下燃燒也會產生大量甲醛。此外，汽車尾氣經過光化反應也會產生甲醛。室外環境中的甲醛危害范圍較大，只要是在甲醛產生區域內長時間生活、工作的人，健康都無法保障。

1.2 室內空氣中的甲醛

室內空氣中的甲醛主要來自裝修材料，例如各種細工木板、膠合板、高密度纖維板、地板膠、黏合劑、乳膠漆等，在房屋裝修過程中，均會在室內釋放不同濃度的甲醛[4]。此外，廚房中使用的液化氣、煤氣等燃燒不完全也會產生一定的甲醛，殺蟲劑、消毒劑、防腐劑、化妝品中也含有甲醛。由此可見，室內空氣中的甲醛來源較廣。

2 甲醛的危害

甲醛對人體產生的危害較大，尤其是兒童、孕產婦等免疫力較差的人群，會引發慢性呼吸道疾病、月經紊亂、妊娠綜合征、白血病、記憶力下降等[5]。不同質量濃度的甲醛產生的危害效應不同，具體如表1所示。

由表1可知，甲醛對人體產生的危害較大，主要表現為嗅覺異常、刺激、過敏、肺部不適、免疫功能異常等。甲醛刺激

表1 不同質量濃度的甲醛對人體產生的危害

主要是對皮膚黏膜的刺激作用，因為甲醛是原漿毒物質，可以與蛋白質結合，高濃度的甲醛被人體吸入后，會造成呼吸道嚴重水腫及刺激、頭痛、眼刺激等。甲醛過敏主要是人直接接觸甲醛后皮膚出現皮炎、色斑、壞死等癥狀，如果吸入濃度過高的甲醛會引發支氣管哮喘。甲醛造成的突變危害主要是因為甲醛是一種基因毒性物質，可以致癌，大量吸入甲醛會引發鼻鱗狀細胞癌。

甲醛作為一種危害性較大的物質，對人體的免疫功能、肝臟、肺、皮膚、神經系統等均會產生危害，還會造成兒童智力低下、胎兒致畸等，所以需要重視環境中甲醛的清除，為人們提供安全的生存環境。

3 活性炭分離及吸附甲醛的機理

活性炭具有吸附作用，用途較廣。按照原料的來源，活性炭可分為木質活性炭、煤質活性炭、果殼炭、石油類活性炭、骨炭、礦物質原料炭等；按照制造方法，活性炭可分為物理法活性炭、化學法活性炭、化學物理相結合活性炭；按照形態，活性炭可分為柱狀活性炭、粉狀活性炭、球形活性炭、顆粒活性炭、纖維狀活性炭、不定型活性炭等[6]。

活性炭的形態不同，應用范圍也不同，結構也存在一定的差異。例如植物類殼質活性炭相對于其他種類的活性炭，微孔結構較發達；木質活性炭與其他類型的活性炭相比，中孔結構較為豐富；煤質類活性炭的孔結構分布較為均勻。不同的活性炭因為結構不同，產生的吸附效果不同，在甲醛的吸附處理中，選擇合適的活性炭可以起到較好的吸附作用。

在甲醛的吸附中，活性炭主要通過自身豐富的孔隙結構、較大的比表面積、表面的含氧官能團等發揮作用。活性炭在吸附分子時，分子聚集在碳纖維的表面，按照其吸附力的不同，可以分為物理吸附和化學吸附。

（1）物理吸附。吸附質受到不對稱偶極作用，產生范德華力，進而吸附在活性炭的表面。在整個吸附過程中，吸附質和吸附劑分子的性質不會發生變化，因為物理吸附產生的吸附熱較小，隨著溫度的升高，活性炭的吸附力會下降，所以物理吸附適用于低溫環境。

（2）化學吸附。活性炭表面的含氧官能團與吸附質之間發生了化學反應，使吸附質吸附在活性炭的表面，這種吸附相比物理吸附是不可逆的，其吸附性相對穩定，不會出現脫附現象。

4 活性炭吸附甲醛的影響因素

活性炭吸附甲醛的影響因素較多，綜合分析可以將其歸結為4種。

4.1 吸附時間及用量

在室內甲醛的吸附中，隨著吸附時間的延長，室內甲醛的質量濃度會逐漸降低（在國家規定的室內空氣質量標準中，甲醛的質量濃度應低于0.1 mg/m3）。但是吸附時間超過5 h后，室內甲醛的質量濃度會出現小幅度升高，主要是因為普通活性炭吸附5 h后吸附性能下降，出現脫附現象。同時，活性炭的用量也是影響室內甲醛吸附效果的因素，按照室內空間的大小，選用適量活性炭進行吸附，如果用量過少，達不到吸附的效果；如果用量過大，會造成浪費。

4.2 粒徑

活性炭的粒徑也是影響甲醛吸附效果的因素。理論上，活性炭顆粒粒徑越小，其吸附比表面積越大，吸附性能越好，所以粉末狀活性炭的吸附率低于顆粒活性炭。但是，粒徑不是越小越好[6]。大粒徑活性炭的大孔也可以起到輸送氣體的作用，所以，需要根據實際情況選擇合適的粒徑，一般以20～40目為宜。

4.3 溫度

隨著室內溫度的升高，甲醛揮發速度加快，所以在使用活性炭進行室內甲醛吸附的過程中，需要保證環境溫度適宜，不會對吸附效果產生較大影響。有研究發現，55 ℃、吸附時間3 h為最佳吸附條件，此時活性炭對甲醛的吸附量可以達到68.5 mg/g。隨著溫度的升高，分子運動加快，活性炭的吸附點接觸的分子增多，吸附率提高，單位時間內被吸附的分子增加，造成最大吸附值前移，吸附量減少，所以在活性炭吸附甲醛的過程中，需要保證溫度合適[7]。

4.4 濕度

甲醛可以溶于水，所以室內濕度對活性炭的吸附效果有較大影響。在室內濕度較大的情況下，使用活性炭吸附甲醛的效果較好。當相對濕度為80%時，活性炭的吸附量減少到單組分吸附50%左右；當濕度保持在50%以下，活性炭吸附甲醛的效果最好。

5 活性炭吸附作用去除室內甲醛的效果

為了選擇合適的活性炭清除室內甲醛，本研究取10 mL甲醛溶液，分量置于不同的實驗箱（體積同為12.66 m3）中，讓甲醛自然揮發12 h，形成一定濃度的甲醛環境，取出未蒸發的甲醛溶液，測定初始濃度。在不同的用量和粒徑以及改性條件下，開展活性炭吸附效果實驗。

5.1 不同用量活性炭的甲醛吸附效果

在實驗箱中放入不同用量的活性炭后，甲醛吸附效果如圖1所示。

圖1 不同用量活性炭的甲醛平均去除率曲線

從圖1中可以看到，室內甲醛的質量分數隨著活性炭吸附時間的延長逐漸降低，吸附時間達到5 h后，甲醛的質量分數有小幅度的升高，表明活性炭出現了脫附現象，活性炭吸附的最佳時間為4～5 h。分析活性炭的用量發現，100 g活性炭的吸附效果最好，甲醛去除率最高，此時活性炭的質量濃度為100 g/12.66 m3≈8 g/m3。

5.2 不同粒徑活性炭的甲醛吸附效果

使用粉末狀活性炭、顆粒狀活性炭進行甲醛吸附實驗，結果如圖2所示。

圖2 不同粒徑活性炭的甲醛吸附曲線

從圖2中可以發現，粉末活性炭的吸附率低于顆粒活性炭的吸附率，原因是粉末活性炭的通透性差，影響其吸附效果[8]。粉末活性炭沒有出現脫附現象，表明吸附面積越大，越不容易發生脫附。所以在室內甲醛吸附中，可以選擇小粒徑活性炭。

5.3 普通活性炭與改性活性炭的甲醛吸附效果

將顆粒活性炭在碳酸鈉和亞硫酸氫鈉混合飽和溶液中浸泡1 h，然后放入亞硫酸氫鈉飽和溶液中浸泡1 h，最后將其放在70～80 ℃環境下干燥2 h，獲得改性活性炭。分別用30 g普通活性炭和改性活性炭進行吸附實驗，結果如圖3所示。

圖3 普通與改性活性炭的甲醛吸附曲線

從圖3中可以看出，改性活性炭的甲醛吸附效果優于普通活性炭，且沒有出現脫附現象，說明改性活性炭的甲醛吸附效果好。

5.4 不同用量改性活性炭的甲醛吸附效果

使用不同用量的改性活性炭進行甲醛吸附實驗，結果如圖4所示。

圖4 不同用量改性活性炭的甲醛吸附曲線

從圖4中可以發現，不同用量的改性活性炭對甲醛的吸附效果有一定影響，但是整體上影響不大，只會影響甲醛的吸附速率。30 g和40 g改性活性炭的甲醛去除率相差較小，從經濟的角度分析，可以選擇30 g改性活性炭，此時改性活性炭的質量濃度為30 g/12.66 m3≈3 g/m3。

從以上實驗結果得出，普通活性炭的最佳用量為8 g/m3，改性活性炭的最佳用量為3 g/m3，為了減少用量，應選擇改性活性炭。在實際的吸附過程中，環境中的溫度、濕度等對吸附效果也會產生影響，所以需要選擇合適的環境條件，使用改性活性炭進行室內甲醛的吸附。

6 結語

隨著社會的發展和科技的進步，人們的生活質量得到提升，經濟水平也有顯著提高，對居住環境、住房等的要求也越來越高，在住房裝修中開始選擇危害性較小的材料。甲醛是裝修材料中的主要污染物，對人體的傷害較大，甚至威脅到人們的生命安全，所以需要大力清除室內甲醛。活性炭是清除甲醛的常用材料。活性炭的類型不同，其吸附效果也不同。研究得出，改性活性炭的吸附效果優于普通活性炭，粒徑較小的活性炭吸附效果較好。在使用活性炭進行室內甲醛吸附的過程中，還受到環境溫度、濕度等因素的影響。要想取得顯著的吸附效果，需要在環境條件合適的情況下選擇粒徑較小的改性活性炭吸附甲醛。