室内甲醛的处理方法及膨润土处理室内空气中甲醛的应用

杜 渐 王今华 殷会玲 张焕焕

1 河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2 河南建院建筑材料检测有限公司（450002）

现今社会，人们大多数时间都在室内度过，所以室内空气质量对人们健康的影响成为了一个至关重要的因素。室内挥发性有机污染物会严重影响人们的身体健康，其中甲醛的危害就是至关重要的一项。甲醛（HCHO）是一种具有致癌性和致畸性的有毒物质，长时间停留在甲醛浓度超标的环境里会使人头晕头痛、四肢乏力，严重的甚至会导致白血病等症状，老人、孕妇、婴幼儿等体质差抵抗力弱的人群更容易受到影响。

1 室内甲醛的处理方法

室内空气中甲醛的来源有室内产生和室外进入。室外进入的甲醛主要由汽车尾气、工厂废气、垃圾燃烧等组成；室内产生的甲醛主要由室内建筑装饰装修材料中本身含有的甲醛挥发而来。通过多年来各领域研究人员的研究，处理甲醛的方法可以分为机械处理法、生物处理法、物理处理法和化学处理法[1]。其中机械处理法主要为室内通风换气，室内通风换气是最简单有效的方法，但对于室外环境中甲醛含量高以及夏日高温和冬日低温的情况下，这种方法稍显不适宜；生物处理法是通过利用绿萝等室内盆栽性植物吸收降解甲醛，从而减少室内甲醛的含量，由于室内空间较小导致可放置的盆栽数量有限，且植物本身对甲醛的吸收处理缓慢，少量的植物无法有效的降低室内甲醛含量。因此，物理处理法和化学处理法就成为室内封闭情况下处理室内甲醛的首选。

1.1 物理处理法

物理处理法主要是吸附法，通过多孔材料对小分子物质的吸附性，吸附吸收空气中游离的甲醛分子，从而减少室内空气中甲醛的含量。例如硅胶、硅藻土、活性炭和微胶囊化技术[2]等，都能有效的吸附吸收甲醛分子。这其中活性炭吸附甲醛的方法得到广泛应用，活性炭对甲醛的吸附原理主要为孔隙结构对甲醛分子的吸收固定和活性炭表面官能团对甲醛的吸附。

活性炭普遍由木材竹子制备而成，这样的制备方式不仅成本高，还影响生态环境和可持续发展，生物质废弃材料的研究应用促进了活性炭的廉价制备，如可以利用废弃的稻麦秸秆、椰壳和各种坚果果壳等生物质原材料。活性炭孔隙可分为大孔、中孔和微孔，其中大孔和中孔作为运输孔，可使空气中的小分子进入活性炭内部，微孔则用来固定这些进入到活性炭内部的小分子[3]。因此大孔、中孔和小孔的比例十分重要，如果大、中孔比例过大，虽然运输分子的效率会增大，但总的吸附量就会减少；如果大、中孔的比例过小，对于小分子的运输效率就会降低，从而使吸附小分子的效率降低。而微孔的大小就会影响对甲醛的吸附性，因为空气中存在各种分子，而不同分子的大小又各不相同，只有找到相对应的微孔大小才能更好的提高甲醛的吸附性，因此活性炭孔结构的研究十分重要。甲醛分子中含有一个羰基（C=O），π 建的极化作用使得羰基中的O 原子上带有负电荷，并且羰基上的O 原子含有一个孤电子对，活性炭表面官能团对甲醛分子的吸附能力就在这两点之上。通过正负电荷的吸引或者利用孤电子对形成键使甲醛吸附在活性炭上。

目前，很多研究者把物理处理法和化学处理法相结合，从而使甲醛的吸收效率和吸收量进一步提升，并且尽可能的避免了物理处理法中甲醛吸附饱和后部分会再次缓慢的从吸附剂中脱离的现象。例如将甲醛捕捉剂进行微胶囊化处理、硅藻土复合材料、活性炭纤维复合材料等，都能在吸收吸附甲醛的同时和甲醛进行反应从而消除甲醛。

1.2 化学处理法

化学处理法有光催化氧化法、催化氧化法、甲醛捕捉剂法和空气负离子技术等。目前常用的光催化剂多为金属氧化物，如二氧化钛、氧化锌、二氧化锰和三氧化二铁等[4]，这些金属氧化物常被负载在活性炭、硅藻土等材料上形成相应的复合材料，利用这些复合材料进行甲醛的降解。这些复合材料吸收处理甲醛的能力得到提高，但相对应的制备成本也有所增加。为了降低这些复合材料的成本，部分研究人员尝试使用生活生产中的金属废弃物来制备或替代复合材料中的光催化剂，如钢渣等[5]。炼钢的废弃物钢渣中含有各种金属氧化物，能够有效降低复合材料的生产成本。

催化氧化法中有一种微纳米气泡技术[6]，这种新型高级氧化技术在制备甲醛处理剂中有着用量少、反应强的优点，这源于微纳米气泡本身较大的比表面积、较高的气液传质率可以有效的增加和甲醛分子的接触面积和吸收效率，表面带电、生成大量羟基的特性能与甲醛分子的羰基（C=O）更好的完成吸附的步骤，其本身的氧化作用则能直接使甲醛进行氧化。甲醛捕捉剂、空气负离子技术等都可以通过和甲醛进行化学反应，从而使室内空气中的甲醛含量减少。

2 膨润土处理室内空气中甲醛的应用

吸收吸附甲醛的关键在于材料的多孔性、大的比表面积以及材料表面的电荷和官能团，常用的建筑、装饰装修材料中膨润土具有以上部分特性，且我国的储存量较大。膨润土这种以蒙脱石为主要构成成分的非金属矿物，因蒙脱石的层状结构导致有较大的比表面积，其层状结构间能发生不等价阳离子置换[8]产生电荷等性状，从而具有良好的吸附性。

根据膨润土的以上特性，对膨润土进行改性研究，从而进一步提升其对空气中甲醛的吸收吸附能力。膨润土的改性方法多种多样，酸活化法、焙烧活化法都能对膨润土进行改性处理，这样改性出来的膨润土为酸化膨润土和焙烧膨润土[7]。膨润土还可以通过加入改性剂对膨润土进行改性处理，现有的改性剂有氯化钠、C8 烷基多糖苷季铵盐、三氯化铝、十六烷基三甲基溴化铵以及苄基三甲基溴化铵等[8]。这些改性后的膨润土可以有效的增加对甲醛的吸附量。

对膨润土进行改性时，不同的改性条件最终得到的改性膨润土对甲醛的吸附性能也不同。在通过微波辐射对膨润土进行改性处理时，改性剂的用量、微波功率、微波加热时间及固液比等条件都会影响到改性后的膨润土对甲醛的吸附性能。

处理室内甲醛可以从源头减少甲醛的释放量，例如通过在人造板材的胶黏剂、胶粘剂和墙纸制造过程中加入微胶囊化的甲醛捕捉剂等方式，直接控制人造板材、胶粘剂和墙纸本身释放的甲醛含量。另一种处理方式是处理已经挥发释放到室内空气中的甲醛，利用空气净化器对室内空气进行过滤[9]，在滤网上加载活性炭及活性炭复合材料等甲醛处理剂，从而降低室内空气中的甲醛含量。在实际的应用当中，还可以把膨润土加入家用涂料中，这样既可以降低成本又可以从两方面吸收吸附甲醛，覆盖于物体表面的涂料既可以从源头减少甲醛的释放，又可以吸收吸附已经释放于室内空气中的甲醛。

3 结语

膨润土处理室内空气中甲醛的方法不仅在生产涂料中应用，建筑材料和装饰装修材料中待发现和使用的多孔材料也是人们值得研究的方向，处理室内甲醛污染已是我国亟待解决的重要课题。