吸附法降低室内甲醛的研究

陈培珍 刘俊劭 江慧华

（福建省高校绿色化工技术重点实验室 武夷学院环境与建筑工程系，福建 武夷山 354300）

吸附法降低室内甲醛的研究

陈培珍 刘俊劭 江慧华

（福建省高校绿色化工技术重点实验室 武夷学院环境与建筑工程系，福建 武夷山 354300）

本文分别通过模拟实验舱和实际装修房子，研究了块状竹炭和粒状竹炭、负载锰氧化物活性炭和活性炭对甲醛吸附性能的比较。实验结果表明：粒状竹炭对甲醛的吸附性能大于块状竹炭，归功于粒状竹炭比表面积大，与甲醛的接触面积大，更有利于对甲醛的吸附。负载锰氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2对甲醛具有很高的反应活性，因此负载锰氧化物活性炭比未负载锰氧化物活性炭对甲醛具有更强的吸附性能。

甲醛；吸附；锰负载；活性炭；竹炭

1 前言

近年来，随着生活水平的提高，大量新型装饰材料和豪华时尚的现代家具及生活用品不断进入室内，给人们带来方便的同时，也造成室内空气质量的不断恶化，对人体的危害已成为关注的热点问题。而甲醛是造成室内空气恶化的罪魁祸首。甲醛作为一种有刺激性且毒性很强的气体，被国际防癌研究所列为致癌物之一。甲醛释放周期长达三到十五年。甲醛约占室内有机污染气体总量的70%，潜伏期最长、危害性大[1-3]。

减少甲醛的释放和降低室内甲醛的含量以达到标准，成为人们关注的问题[4]。目前主要通过以下几种方法来降低室内甲醛的含量：植物净化、光催化、化学中和技术、臭氧氧化、常温催化氧化法和吸附技术等[5,6]。与其他方法相比：吸附技术具有快速、简便、成本低等特点，因此受到人们的广泛关注[7]。目前使用的吸附方法主要包括物理吸附和化学吸附。物理吸附主要利用某些有吸附能力的物质吸附有害物质而达到去除有害污染的目的。常用的吸附剂为颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石、分子筛、多孔粘土矿石、硅胶等[8]。物理吸附富集能力强,简单易推广,对低浓度有害气体较有效。然而甲醛沸点低，仅靠物理吸附作用特别容易从吸附材料上逃逸，因此针对治理甲醛污染研究较多的吸附法是化学吸附。化学吸附就是吸附质和吸附剂之间形成新化学键。化学吸附剂一般为化学改性过的活性炭、活性炭纤维或者活性氧化铝等，不仅具有较大的比表面积和适宜的孔径分布，还具有表面官能团，因此具有选择性、稳定不易脱附的特点[9]。本实验以块状竹炭和粒状竹炭、负载锰氧化物活性炭和活性炭为吸附剂，研究并比较此四类吸附剂对甲醛的吸附性能。

2 实验仪器和方法

2.1 实验试剂与仪器

乙酸铵、冰乙酸、乙酰丙酮、盐酸、氢氧化钠、碘、碘化钾、淀粉、硫代硫酸钠、甲醛、碳酸钠和高锰酸钾，以上试剂均为上海国药试剂有限公司，分析纯。粒状竹炭 （直径约为1 cm）、块状竹炭 （10 cm×5 cm×0.5 cm）、活性炭。大气采样器、水浴锅、分光光度计。

2.2 实验方法

2.2.1 负载锰氧化物活性炭的制备

把一定量的活性炭浸渍在质量浓度为1.25 wt%的高锰酸钾溶液中1小时，100℃烘干，冷却。再在加热炉中与氮气气氛650 oC下加热0.5 h，待冷却后取出，制得负载锰氧化物活性炭[10]。把此样品标记为LAC(Loaded-Activated Carbon)，未负载的活性炭标记为AC。块状竹炭标记为C-BC (Chunk of Bamboo Charcoal)，粒状竹炭标记为P-BC(Particle of Bamboo Charcoal)。各实验样品在使用前都放在烘箱里100℃烘1h。

2.2.1 甲醛吸附能力的测定

2.2.1.1 甲醛吸附能力的静态测定

由于甲醛的释放是受温度和湿度的影响，为了消除此影响值，故选择在恒定温度和湿度下测定甲醛值。用1m3的密封的实验仓，仓内温度、湿度可设定并控制，仓内有3个调节风扇，使气体浓度均匀。放少量的甲醛液在实验仓中的散发板上，开启电源，调节仓内温度、湿度，经过 3 h，仓内甲醛浓度达到平衡和稳定，将实验仓的采样口连通采样器后，打开实验仓的采样口，采样，采的样按国标测定甲醛浓度[11]。把11.5g不同样品放入吸附一段时间后，又采样测定仓内甲醛浓度，后经过不同的时间采样分析仓内甲醛的变化。

2.2.1.2 甲醛吸附能力的动态测定

选取4间装修相同的房间，编号为1号房、2号房、3号房、4号房；每个居室设置1个采样点，距离墙壁0.5m，采样高度与人的呼吸高度一致。采样流量为0.5 L/min，采样时间为2h。每间房密闭24小时后采样测吸光度，每间房平行测三次，取平均值。

在 1-4号房中分别放入 L-AC、AC、C-BC和 PBC样品各1000 g，各样品平铺放于40cm×25cm的纸上。每隔12h采样测吸光度，每间房平行测三次，取平均值。

3 结果与讨论

3.1 块状竹炭和粒状竹炭吸附性能对比

本文利用模拟仓研究C-BC（块状竹炭）和P-BC（粒状竹炭）对甲醛的静态吸附性能。图1为利用模拟仓法，模拟仓内C-BC和P-BC吸附后甲醛浓度变化曲线，从图可知使用C-BC和P-BC吸附仓内甲醛一天后，甲醛的浓度分别降低到0.2100 mg/m3和0.1850 mg/m3，说明P-BC的吸附性能大于C-BC。这主要是由于P-BC比表面积大，与甲醛的接触面积大，更有利于对甲醛的吸附，从而导致吸附能力更强。且从图1可知2天后，P-BC吸附甲醛的浓度降低到0.0850，而C-BC甲醛的浓度只降低到0.1453 mg/m3，这更加证明了P-BC对甲醛的吸附性能远远大于C-BC。第3天P-BC已基本达到吸附平衡，甲醛的浓度略有上升的趋势，而块状竹炭3天后还未出现完全吸附饱和，直到第4天才基本达到吸附平衡。说明P-BC比CBC更易于达到吸附饱和平衡。这主要也是因为P-BC比表面积大，即接触面积大，更易于达到吸附平衡。总之由于P-BC比C-BC具有更大的比表面积大，因此具有更大的吸附容量和易于达到吸附平衡。

图1 模拟仓内大块竹炭和粒状竹炭吸附后甲醛浓度变化曲线

模拟仓只能静态的研究竹炭对甲醛的吸附性能。为了动态研究竹炭对甲醛的吸附性能，本研究利用刚装修好的房间所释放的甲醛来动态的研究不同形貌的竹炭对甲醛的吸附性能。图2为使用C-BC和PBC吸附后刚装修房间内甲醛浓度的变化。从图可知刚开始吸附0.5天后，两房间内甲醛的浓度分别降低到0.1889 g/m3和0.1885 g/m3，而1.5天后两房间内甲醛的浓度分别降低到0.1253g/m3和0.1241 g/m3，说明在前1.5天内P-BC和C-BC对甲醛的吸附基本相同。然而2天后，P-BC吸附的房间甲醛含量仍然降低，而C-BC吸附的房间，甲醛的含量基本保持不变。4.5天后P-BC吸附的房间甲醛含量达到最低值为0.0895 g/m3，已达到国家甲醛排放标准＜0.1 g/m3。而使用C-BC吸附的房间甲醛含量达到最低值为0.1178 g/m3。说明P-BC的吸附容量远远大于块状竹炭的吸附容量。此结果与模拟仓实验结果相吻合。这也主要是由于P-BC的比表面积大的原因。之后甲醛的含量上升。说明达到4.5天，P-BC基本上达到吸附饱和状态。之后随着装修材料甲醛的继续释放，故房间内甲醛含量升高。

图2 刚装修房间内大块竹炭和粒状竹炭吸附后甲醛浓度的变化

3.2 负载锰氧化物活性炭（L-AC）和活性炭（AC）吸附能力对比

为了静态和动态比较负载锰氧化物前后活性炭吸附性能比较，仍然采用模拟仓和刚装修的房间来静态和动态的比较负载锰氧化物前后吸附性能的变化。从图3可知，1天后L-AC和AC吸附后甲醛的浓度分别降低到0.2413 g/m3和0.1922 g/m3，然而2天后房间内甲醛的含量已基本相同，3天后L-AC吸附房间内甲醛的含量达到最低值为0.0910 g/m3，而AC吸附房间内甲醛最低值为0.1030 g/m3，说明L-AC的吸附性能略高。

图3 模拟仓内负载锰氧化物活性炭和活性炭吸附后甲醛浓度变化曲线

图4 刚装修房间内负载锰氧化物活性炭和活性炭吸附后甲醛浓度的变化

图4为L-AC和AC吸附后，实际装修房间内甲醛浓度的变化。从图中可知，L-AC曲线在AC曲线下方，说明L-AC对甲醛的吸附性能更强。在前4天，LAC和AC对甲醛的吸附相差不大，然而4.5天后AC吸附的房间甲醛含量已开始上升，而L-AC吸附的房间甲醛含量达到了最低值为0.0935 g/m3，说明AC更早达到吸附饱和。本文利用浸泡法将高锰酸钾负载在活性炭后，然后在650℃氮气气氛中煅烧，高锰酸钾大部分转变为MnO2[10]，并负载在活性炭表面。Yoshika等[12]人报道称在室温无光的条件下，金属氧化物MnO2与甲醛有很高的反应性。因此L-AC比AC对甲醛具有更强的吸附性能。

4 结论

本文分别通过静态和动态实验，研究了块状竹炭和粒状竹炭、负载锰氧化物活性炭和活性炭对甲醛吸附性能的比较，得出实验结果如下：

(1)粒状竹炭对甲醛的吸附性能大于块状竹炭。这主要是由于粒状竹炭比表面积大，与甲醛的接触面积大，更有利于对甲醛的吸附，从而导致吸附能力更强。

(2)负载锰氧化物活性炭比活性炭对甲醛具有更强的吸附性能，因为负载锰氧化物活性炭表面含有大量的MnO2，而MnO2对甲醛具有很高的反应活性，因此负载锰氧化物活性炭比未负载锰氧化物活性炭对甲醛具有更强的吸附性能。

致谢本实验工作完成过程中，朱芳莹做了一定基础性工作，在此一并致谢。

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Study on Decrease Indoor Formaldehyde by Adsorption Method

CHEN Peizhen LIU Junshao JIANG Huihua

(The Key Laboratory for Green Chemical Engineering Technology of Fujian Higher Education;Department of Environmental and Architectural Engineering,Wuyi University，Wuyishan，Fujian 354300)

This paper studied adsorptivity of formaldehyde of chunk of bamboo charcoal and particle of bamboo charcoal,loaded-activated carbon and activated carbon by simulation lab and actual decorated the house.The results show that adsorptivity of formaldehyde by particle of bamboo charcoal is stronger than particle of bamboo charcoal,which is attributed to particle of bamboo charcoal has bigger surface area than chunk of bamboo charcoal.Moreover,manganese oxide loaded activated carbon is stronger than activated carbon,which is attributed to manganese oxide loaded activated carbon has mass manganese dioxide on surface.

formaldehyde;adsorption;manganese loaded;activated carbon;bamboo charcoal

X510.6

A

1674－2109(2012)01－0033－04

2012-02-17

福建省教育厅A类科技项目（项目编号：JA11263）；武夷学院对接南平产业发展科研专项（项目编号：N2011WZ05,2011DJ10）。

陈培珍（1968-），女，汉族，副教授，主要研究方向：天然高分子产物和资源综合利用。