室內甲醛的處理方法及膨潤土處理室內空氣中甲醛的應用

杜 漸 王今華 殷會玲 張煥煥

1 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 河南建院建筑材料檢測有限公司（450002）

現今社會，人們大多數時間都在室內度過，所以室內空氣質量對人們健康的影響成為了一個至關重要的因素。室內揮發性有機污染物會嚴重影響人們的身體健康，其中甲醛的危害就是至關重要的一項。甲醛（HCHO）是一種具有致癌性和致畸性的有毒物質，長時間停留在甲醛濃度超標的環境里會使人頭暈頭痛、四肢乏力，嚴重的甚至會導致白血病等癥狀，老人、孕婦、嬰幼兒等體質差抵抗力弱的人群更容易受到影響。

1 室內甲醛的處理方法

室內空氣中甲醛的來源有室內產生和室外進入。室外進入的甲醛主要由汽車尾氣、工廠廢氣、垃圾燃燒等組成；室內產生的甲醛主要由室內建筑裝飾裝修材料中本身含有的甲醛揮發而來。通過多年來各領域研究人員的研究，處理甲醛的方法可以分為機械處理法、生物處理法、物理處理法和化學處理法[1]。其中機械處理法主要為室內通風換氣，室內通風換氣是最簡單有效的方法，但對于室外環境中甲醛含量高以及夏日高溫和冬日低溫的情況下，這種方法稍顯不適宜；生物處理法是通過利用綠蘿等室內盆栽性植物吸收降解甲醛，從而減少室內甲醛的含量，由于室內空間較小導致可放置的盆栽數量有限，且植物本身對甲醛的吸收處理緩慢，少量的植物無法有效的降低室內甲醛含量。因此，物理處理法和化學處理法就成為室內封閉情況下處理室內甲醛的首選。

1.1 物理處理法

物理處理法主要是吸附法，通過多孔材料對小分子物質的吸附性，吸附吸收空氣中游離的甲醛分子，從而減少室內空氣中甲醛的含量。例如硅膠、硅藻土、活性炭和微膠囊化技術[2]等，都能有效的吸附吸收甲醛分子。這其中活性炭吸附甲醛的方法得到廣泛應用，活性炭對甲醛的吸附原理主要為孔隙結構對甲醛分子的吸收固定和活性炭表面官能團對甲醛的吸附。

活性炭普遍由木材竹子制備而成，這樣的制備方式不僅成本高，還影響生態環境和可持續發展，生物質廢棄材料的研究應用促進了活性炭的廉價制備，如可以利用廢棄的稻麥秸稈、椰殼和各種堅果果殼等生物質原材料。活性炭孔隙可分為大孔、中孔和微孔，其中大孔和中孔作為運輸孔，可使空氣中的小分子進入活性炭內部，微孔則用來固定這些進入到活性炭內部的小分子[3]。因此大孔、中孔和小孔的比例十分重要，如果大、中孔比例過大，雖然運輸分子的效率會增大，但總的吸附量就會減少；如果大、中孔的比例過小，對于小分子的運輸效率就會降低，從而使吸附小分子的效率降低。而微孔的大小就會影響對甲醛的吸附性，因為空氣中存在各種分子，而不同分子的大小又各不相同，只有找到相對應的微孔大小才能更好的提高甲醛的吸附性，因此活性炭孔結構的研究十分重要。甲醛分子中含有一個羰基（C=O），π 建的極化作用使得羰基中的O 原子上帶有負電荷，并且羰基上的O 原子含有一個孤電子對，活性炭表面官能團對甲醛分子的吸附能力就在這兩點之上。通過正負電荷的吸引或者利用孤電子對形成鍵使甲醛吸附在活性炭上。

目前，很多研究者把物理處理法和化學處理法相結合，從而使甲醛的吸收效率和吸收量進一步提升，并且盡可能的避免了物理處理法中甲醛吸附飽和后部分會再次緩慢的從吸附劑中脫離的現象。例如將甲醛捕捉劑進行微膠囊化處理、硅藻土復合材料、活性炭纖維復合材料等，都能在吸收吸附甲醛的同時和甲醛進行反應從而消除甲醛。

1.2 化學處理法

化學處理法有光催化氧化法、催化氧化法、甲醛捕捉劑法和空氣負離子技術等。目前常用的光催化劑多為金屬氧化物，如二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錳和三氧化二鐵等[4]，這些金屬氧化物常被負載在活性炭、硅藻土等材料上形成相應的復合材料，利用這些復合材料進行甲醛的降解。這些復合材料吸收處理甲醛的能力得到提高，但相對應的制備成本也有所增加。為了降低這些復合材料的成本，部分研究人員嘗試使用生活生產中的金屬廢棄物來制備或替代復合材料中的光催化劑，如鋼渣等[5]。煉鋼的廢棄物鋼渣中含有各種金屬氧化物，能夠有效降低復合材料的生產成本。

催化氧化法中有一種微納米氣泡技術[6]，這種新型高級氧化技術在制備甲醛處理劑中有著用量少、反應強的優點，這源于微納米氣泡本身較大的比表面積、較高的氣液傳質率可以有效的增加和甲醛分子的接觸面積和吸收效率，表面帶電、生成大量羥基的特性能與甲醛分子的羰基（C=O）更好的完成吸附的步驟，其本身的氧化作用則能直接使甲醛進行氧化。甲醛捕捉劑、空氣負離子技術等都可以通過和甲醛進行化學反應，從而使室內空氣中的甲醛含量減少。

2 膨潤土處理室內空氣中甲醛的應用

吸收吸附甲醛的關鍵在于材料的多孔性、大的比表面積以及材料表面的電荷和官能團，常用的建筑、裝飾裝修材料中膨潤土具有以上部分特性，且我國的儲存量較大。膨潤土這種以蒙脫石為主要構成成分的非金屬礦物，因蒙脫石的層狀結構導致有較大的比表面積，其層狀結構間能發生不等價陽離子置換[8]產生電荷等性狀，從而具有良好的吸附性。

根據膨潤土的以上特性，對膨潤土進行改性研究，從而進一步提升其對空氣中甲醛的吸收吸附能力。膨潤土的改性方法多種多樣，酸活化法、焙燒活化法都能對膨潤土進行改性處理，這樣改性出來的膨潤土為酸化膨潤土和焙燒膨潤土[7]。膨潤土還可以通過加入改性劑對膨潤土進行改性處理，現有的改性劑有氯化鈉、C8 烷基多糖苷季銨鹽、三氯化鋁、十六烷基三甲基溴化銨以及芐基三甲基溴化銨等[8]。這些改性后的膨潤土可以有效的增加對甲醛的吸附量。

對膨潤土進行改性時，不同的改性條件最終得到的改性膨潤土對甲醛的吸附性能也不同。在通過微波輻射對膨潤土進行改性處理時，改性劑的用量、微波功率、微波加熱時間及固液比等條件都會影響到改性后的膨潤土對甲醛的吸附性能。

處理室內甲醛可以從源頭減少甲醛的釋放量，例如通過在人造板材的膠黏劑、膠粘劑和墻紙制造過程中加入微膠囊化的甲醛捕捉劑等方式，直接控制人造板材、膠粘劑和墻紙本身釋放的甲醛含量。另一種處理方式是處理已經揮發釋放到室內空氣中的甲醛，利用空氣凈化器對室內空氣進行過濾[9]，在濾網上加載活性炭及活性炭復合材料等甲醛處理劑，從而降低室內空氣中的甲醛含量。在實際的應用當中，還可以把膨潤土加入家用涂料中，這樣既可以降低成本又可以從兩方面吸收吸附甲醛，覆蓋于物體表面的涂料既可以從源頭減少甲醛的釋放，又可以吸收吸附已經釋放于室內空氣中的甲醛。

3 結語

膨潤土處理室內空氣中甲醛的方法不僅在生產涂料中應用，建筑材料和裝飾裝修材料中待發現和使用的多孔材料也是人們值得研究的方向，處理室內甲醛污染已是我國亟待解決的重要課題。