新装修室内空气中甲醛浓度的影响因素及甲醛清除剂去除效果

杜立杰于泊蕖

(河北大学 化学与环境科学学院,河北 保定 071002)

随着社会的迅速发展和人民生活水平的显著提高,大量的建筑材料和装修材料在增加家庭环境舒适度的同时导致了室内空气的污染,其中甲醛是最常见的室内挥发性有机污染物[1].

甲醛,其化学分子式为HCHO,是一种无色有刺激性气味的气体,室内空气中65%的甲醛来源于各种建筑材料和装修材料等[2-8].此外,某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量甲醛.长期接触低剂量甲醛会引发慢性呼吸系统疾病,对神经、免疫系统等都产生毒害作用[9-11].2004年,甲醛被世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)确定为第1类致癌物质.相关数据显示,超过60%新装修的居室空气中甲醛浓度超标,甲醛已经成为室内最主要的化学污染物.许多学者对室内甲醛浓度以及装修材料对人体造成的伤害进行了一系列研究[12-16],并提出许多有效的措施,来降低室内污染物对人体健康的危害.

本文以新装修居民住宅、学校实验室、校医院为研究对象,采用乙酰丙酮分光光度法对室内甲醛浓度进行检测分析,探究了温度、湿度、通风等因素对室内甲醛浓度的影响,同时对比了某网络热销市售甲醛清除剂和通风的效果.

1 实验部分

1.1 材料和试剂

FC 空气触媒甲醛清除剂,日本KOKOROCARE 公司生产；冰乙酸(CH3COOH)、乙酸铵(NH4CH3COO)、乙酰丙酮(C5H8O2)、浓硫酸(ρ=1.84 g/m L)、甲醛溶液(质量分数37%～38%).

1.2 仪器

大气采样器(TH-110F)2台,流量0～2 m L/min；UV6800A 紫外可见分光光度计.

1.3 实验方法

在2019年3月至2019年8月,以新装修家庭住宅、校医院和学校实验室等典型室内场所作为研究对象进行采样.其中居民住宅面积包括客厅、主卧、次卧、厨房和阳台,共计50 m2；校医院房间为木质门,屋内存有木质桌柜,选取309与314为检测地点；学校实验室选取地下实验室、化学楼119和化学楼419,地下实验室为木质实验台,相对密闭,很少实验；化学楼119存放甲醛溶液,通风良好.校医院和学校实验室房间面积均不大于20 m2.

采样点设置在距墙壁1 m 且高度为1.2 m 处.采样前,关闭门窗12 h.将甲醛吸收液装入10 m L气泡吸收管并连接采样器,调节大气采样器的流量为0.80 L/min,采样45 min,同时做平行样.采样流程严格按照《室内环境空气质量监测技术规范》(HJ/T 167-2004)进行[17].

1.4 分析方法

甲醛浓度根据国家标准《空气质量 甲醛的测定 乙酰丙酮分光光度法》(GB/T 15516-1995)进行测定.实验数据采用Origin2018统计分析,图中数据均为多次检测的均值.

2 结果与讨论

2.1 温度对室内甲醛质量浓度的影响

选择住宅中的阳台、次卧、主卧、厨房作为探究温度与甲醛浓度关系的检测地点；根据控制变量的原则,筛选出相对湿度为50%～60%的样品,采取其中一定跨度的温度范围进行对比,如15～20℃、20～25℃等,得出如图1曲线,检测初期各房间温度为15～25℃时,甲醛的质量浓度为0.02～0.06 mg/m3；当各房间的温度为25～40℃时,甲醛的质量浓度为0.045～0.112 mg/m3,其中阳台、次卧、主卧的甲醛质量浓度超过0.08 mg/m3(标准限值),室内甲醛的浓度随着温度的升高显著增加.这是由于装修材料中的胶黏剂主要含有以甲醛为主要成分的脲醛树脂,装修材料中残留与未参与反应的甲醛会不断地向环境中释放,当温度升高时,甲醛分子热运动平均动能增加,增大甲醛从板材中的散发力度,有利于板材中更多的甲醛释放出来[18].因此,新房的装饰装修应选择室内温度较高的时间如夏季进行,这样可以加快甲醛的释放挥发.

利用origin线性模型模拟室内甲醛浓度随温度的变化关系,阳台、次卧、主卧、厨房的线性拟合的相关系数(R2)分别为0.977、0.945、0.900、0.942,即室内甲醛质量浓度与温度呈明显正相关.

2.2 相对湿度对室内甲醛质量浓度的影响

将主卧、次卧、客厅作为探究相对湿度与甲醛质量浓度关系的检测地点,根据控制变量的原则,筛选温度为(20±2.5)℃的样品,采用一定跨度的湿度范围进行对比,如40%～50%、50%～60%等；结果如图2,当各房间湿度为40%～60%时,甲醛的质量浓度为0.018～0.032 mg/m3；当各房间湿度为60%～80%时,甲醛的质量浓度为0.031～0.045 mg/m3；室内的甲醛质量浓度随着湿度的增加有一定程度的增加,这是因为甲醛的聚合物在湿度大的环境中会逐步水解,水解的过程中会释放甲醛,同时,高湿度的环境也会促使已经固化的脲醛树脂水解[19].

利用origin线性模型模拟室内甲醛浓度随相对湿度的变化关系,主卧、次卧、客厅的线性拟合的相关系数(R2)分别为0.930、0.960、0.900,即室内甲醛质量浓度与湿度呈明显正相关.

图1 温度对室内甲醛质量浓度的影响Fig.1 Effect of temperature on formaldehyde mass concentration in indoor environment

图2 相对湿度对室内甲醛质量浓度的影响Fig.2 Effect of relative humidity on formaldehyde mass concentration in indoor environment

2.3 不同装修房间甲醛质量浓度对比

对住宅的客厅、次卧、主卧、厨房、阳台的甲醛浓度进行对比.如图3所示,由于检测时间处于夏季,阳台受阳光照射,温度高于其他采样点,并且在安装6扇窗户时使用了大量的胶黏剂,故阳台的甲醛质量浓度为0.077 mg/m3,明显高于其他房间；由于只有客厅1组木质沙发,1个木质电视柜,且客厅的面积较大,利于通风,所以客厅的甲醛质量浓度最低,为0.049 mg/m3；次卧放置1张木质单人床,1张木质书桌,1扇木质窗户,并且空间较为狭小,且安装窗户时使用了大量的胶黏剂,故其甲醛浓度高于客厅；由于主卧放置一张木质双人床,2个衣柜安装2扇木质窗户,故其甲醛质量浓度仅低于阳台.因此,在装修新房时,应尽量减少不必要的装修装饰,避免或减少使用胶黏剂的使用,进而减少室内甲醛对人体健康的危害.

2.4 通风对室内甲醛质量浓度的影响

将实验室(化学楼419、化学楼119、地下实验室)、校医院、住宅卧室作为检测地点,探究通风对室内甲醛浓度影响,先对各检测地点进行密闭取样,再通风2 h后密闭取样,甲醛浓度变化如图4所示,通风前各房间室内甲醛的质量浓度分别为0.036、0.054、0.043、0.045、0.060 mg/m3,当各房间通风2 h后,各房间甲醛质量浓度分别为0.032、0.050、0.040、0.038、0.039 mg/m3；甲醛质量浓度分别降低11.0%、7.4%、7.0%、16.0%、35.0%,故通风对去除室内空气中的甲醛有积极作用.由于卧室空气中的甲醛浓度较高,且通风较为良好,空气对流使得室内甲醛浓度下降速率较快,而地下室由于其相对密闭,下降的幅度最小.

图3 不同装修房间甲醛质量浓度Fig.3 Formaldehyde mass concentration in all types of room

图4 通风前后各房间甲醛质量浓度变化Fig.4 Changes of formaldehyde mass concentration in each room before and after ventilation

2.5 甲醛清除剂除室内甲醛

选择住宅内各房间(阳台、厨房、次卧、主卧、客厅)作为甲醛清除剂检测地点,探究甲醛清除剂除室内甲醛的效果.先对住宅进行甲醛质量浓度检测,然后喷洒甲醛清除剂,喷洒1 d后检测甲醛质量浓度,7 d之后再一次进行喷洒检测.结果如图5所示,甲醛清除剂使用前各房间甲醛浓度分别为0.091、0.053、0.089、0.093、0.069 mg/m3,第1次喷洒后各房间甲醛浓度分别为0.079、0.05、0.077、0.081、0.06 mg/m3,去除率分别为13.1%、5.6%、13.4%、12.9%、13.0%；第2次喷洒后各房间甲醛浓度分别为0.065、0.049、0.059、0.059、0.051 mg/m3,去除率分别为17.7%、2%、23.3%、27.1%、15%.

由图5可见,各房间甲醛质量浓度都有不同程度的下降,其中卧室甲醛去除率最高,这是由于卧室甲醛质量浓度最高,释放速率最快,可与甲醛清除剂快速发生氮化反应,生成氮化物与水,且甲醛清除剂会渗透入板材0.06μm 处,与甲醛反应并形成内部保护层,最大程度地减少甲醛的进一步释放.

图5 甲醛清除剂除室内甲醛Fig.5 Catalysts degrade indoor formaldehyde

3 结论与建议

1)温度、相对湿度与装修材料中甲醛的释放速度呈明显正相关,根据《居室空气中甲醛的卫生标准》(GB/T 16127-1995)[20],室内空气中甲醛卫生标准(最高容许浓度)规定为0.08 mg/m3；当所测住宅中室温超过35℃时,卧室、主卧、阳台均超过该标准.

2)室内甲醛浓度与室内通风呈显著负相关,通风对化学楼419、化学楼119、地下室、校医院、住宅的去除率分别为11.0%、7.4%、7.0%、16.0%、35.0%,因此,在入住之前可保持长时间的通风来降低室内空气中甲醛的浓度；FC 空气触媒甲醛清除剂对阳台、厨房、卧室、主卧、客厅的去除率分别为30.8%、7.6%、36.7%、40%、28%,其中阳台、卧室、主卧在使用FC空气触媒甲醛清除剂后甲醛浓度可以达标.

3)建议新房装修应选择温度较高的季节进行,这样有利于污染物的释放；卧室尽量减少使用含有甲醛的化工材料和涂料,进而减少甲醛释放源；房子装修完工后应进行长时间的通风,以降低室内甲醛浓度；当甲醛浓度较高时,可使用市售甲醛清除剂,室内空气中甲醛浓度检测达标后方可入住,以保证人体健康.