竹炭對(duì)室內(nèi)甲醛的吸附性能試驗(yàn)

程曉云，孫高琴，戚偉堯，程筵壽，李文珠

（1.浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300）

近年來隨著房地產(chǎn)的快速發(fā)展，各種建筑材料被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝修，造成的室內(nèi)環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。甲醛是室內(nèi)最廣泛的空氣污染物之一，已引起嚴(yán)重的環(huán)境衛(wèi)生問題[1]。家具、地板、地毯、煙草、除臭劑、消毒劑等都能釋放甲醛，當(dāng)室內(nèi)空氣甲醛含量為0.6 mg/m3時(shí)可引起咽喉不適或疼痛；濃度再高可引起惡心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫；達(dá)到30 mg/m3時(shí)可當(dāng)即導(dǎo)致死亡[2]。甲醛對(duì)人體的危害除引起刺激性慢性疾病外，還能與空氣中的離子性氯化物反應(yīng)生成致癌物——二氯甲基醚。因此，對(duì)室內(nèi)有害氣體特別是甲醛釋放量的防護(hù)已成為急需解決的問題[3]。

竹炭是竹材經(jīng)熱解炭化而成的，具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，被廣泛地用作吸附材料，可以有效吸附空氣中的甲醛、苯、氨和揮發(fā)性總有機(jī)物（TVOC）等有害氣體，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的功效[4～6]。本文選取不同燒制設(shè)備制備的不同形狀的竹炭，研究竹炭對(duì)室內(nèi)甲醛吸附性能。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

取自遂昌老翁竹炭廠磚土窯燒制的竹炭和浙江農(nóng)林大學(xué)自制機(jī)械爐燒制成的竹炭，分別加工成片狀、顆粒狀和粉末狀，并烘干至恒重，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

試驗(yàn)試劑有：超純水、乙酸銨（NH4CH3COOH）、冰乙酸（CH3COOH）、乙酰丙酮、（1＋5）鹽酸溶液、氫氧化鈉（NaOH）溶液0.3 g/mL、碘（I）、碘化鉀（KI）、碘酸鉀（KIO3）、淀粉溶液、硫代硫酸鈉、甲醛（HCHO）溶液36% ～ 38%。

1.2 儀器與設(shè)備

THZ-82恒溫振蕩器、Q/BKY31-2000電熱恒溫干燥箱、QM-BP行星球磨機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)篩、掃描電子顯微鏡、AR2140電子分析天平、GS-3交直流兩用大氣采樣機(jī)、752型紫外可見分光光度計(jì)、密封箱（0.15 ～ 0.20 m3）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 將甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成一系列濃度不同的溶液，用乙酰丙酮作顯色劑，于紫外分光光度計(jì)上測定顯色后溶液的最佳吸收波長413 nm及相應(yīng)的吸光度，繪制甲醛濃度—吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性方程為：

1.3.2 模擬試驗(yàn)箱內(nèi)甲醛的測定 用密封箱作為模擬試驗(yàn)箱，放入一定量的甲醛讓其揮發(fā)，然后分別在相同的時(shí)間間隔測定加入竹炭前后密封箱內(nèi)甲醛的含量，進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)用的竹炭為分別用磚土窯和機(jī)械爐燒制設(shè)備制取，加工處理成粉末、顆粒和片狀，每個(gè)密封箱內(nèi)加入不同竹炭量（5、10、15、20 g），進(jìn)行竹炭對(duì)甲醛吸附性能的對(duì)比研究。

在密封箱內(nèi)分別放入2 mL的甲醛（36% ～ 38%）溶液，每隔一定時(shí)間用大氣采樣器采樣，以0.5 ～ 1.0L/min的流量，采氣10 min。將采集到的樣品轉(zhuǎn)入比色管中，加入0.25%乙酰丙酮溶液，搖勻，置于沸水浴加熱3min，冷卻，于紫外可見分光光度計(jì)中測其吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同竹炭用量對(duì)甲醛吸附率的比較

在密封箱中分別加入5、10、15、20 g竹炭顆粒，測定吸附前后密封箱中甲醛含量，得出甲醛吸附率，結(jié)果見表1。

從表1可見，不同的竹炭用量對(duì)甲醛的吸附率在12 h左右均達(dá)到最大，之后略微有下降；竹炭用量越多甲醛的吸附率越大，但并非完全線性關(guān)系，5 g時(shí)最大吸附率達(dá)到20.5%，20 g時(shí)最大吸附率達(dá)到33.3%，10、15和20 g竹炭用量其吸附率區(qū)別不大。試驗(yàn)用密封箱的容積為0.15 ～ 0.2 m3，由此可推算在密閉空間加入50 ～ 100 g/m3可以達(dá)到吸附率33%左右的效果，在實(shí)際應(yīng)用中可作為參考。

表1 不同竹炭用量對(duì)甲醛吸附率的比較Table1 Comparison on different dosages of charcoal on adsorption of formaldehyde%

2.2 不同形狀竹炭對(duì)甲醛吸附率的比較

分別取粉末、顆粒、片狀竹炭5 g放入密封箱中，進(jìn)行竹炭吸附甲醛測試比較，結(jié)果見表2。

從表2可見，3種形狀竹炭對(duì)甲醛的吸附率在12 h左右均達(dá)到最大，之后略微有下降。不同形狀竹炭對(duì)甲醛的吸附率略有區(qū)別，粉末炭吸附率最大，顆粒炭次之，片狀炭最小。由此建議用于室內(nèi)吸附甲醛的竹炭適宜選用一定顆粒度的粉狀竹炭。

表2 不同形狀竹炭對(duì)甲醛吸附率的比較Table2 Comparison on different sizes of charcoal on adsorption of formaldehyde%

2.3 不同燒制設(shè)備制得的竹炭對(duì)甲醛吸附率的比較

取自磚土窯和自制炭化爐的顆粒狀竹炭各 5 g放入密封箱中，對(duì)比測試竹炭對(duì)甲醛的吸附率，結(jié)果見表3。

從表3可見，不同炭化設(shè)備制得的竹炭對(duì)甲醛的吸附率變化趨勢基本相近，在12 h左右達(dá)到最大，之后略微有所下降。自制炭化爐制取的竹炭對(duì)甲醛的吸附率略比磚土窯燒制的竹炭高，這是由于磚土窯的密封和溫度控制不如自制炭化爐好，得到的竹炭存在部分氧化和受熱不勻等問題，竹炭的質(zhì)量不易控制。由此建議在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)現(xiàn)有的磚土窯進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，加裝溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，嚴(yán)格控制燒制過程中的漏氣和滲液等情況，以便更好保證竹炭的質(zhì)量。

表3 不同燒制設(shè)備制得的竹炭對(duì)甲醛吸附率的比較Table3 Comparison on different preparations of charcoal on adsorption of formaldehyde%

3 結(jié)論與建議

（1）竹炭作為一種多孔性材料，對(duì)甲醛有較強(qiáng)的吸附性，一般在12 h左右達(dá)到最大吸附值，其吸附率在10% ～ 40%，單位吸附量可達(dá)到 0.32 μg/g。

（2）通過不同的炭化設(shè)備制得的竹炭對(duì)甲醛吸附的對(duì)比試驗(yàn)，磚土窯和自制炭化爐制成的竹炭在模擬密封箱中對(duì)甲醛的吸附率進(jìn)行比較，自制炭化爐比磚土窯的要好。

（3）不同形狀的竹炭，粉末炭、顆粒炭、片狀炭對(duì)甲醛的吸附率對(duì)比，粉末炭吸附率最大，片狀炭的最小。竹炭的形狀對(duì)甲醛吸附率有一定的影響，竹炭用作吸附凈化空氣以粉末狀更適宜。

（4）竹炭用量越多對(duì)甲醛的吸附越顯著，但是兩者并不完全呈線性增長關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中建議50 ～ 100 g/m3比較經(jīng)濟(jì)適用。

[1]吳忠標(biāo)，趙偉榮.室內(nèi)空氣污染及凈化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.11－12.

[2]張麗敏.室內(nèi)空氣污染因素的監(jiān)測與評(píng)價(jià)[J].職業(yè)與健康，2005，5（21）：664－665.

[3]肖利才.裝修材料與室內(nèi)環(huán)境污染[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢，2002，22（2）：308-312.

[4]張文標(biāo)，李文珠，張宏，等.竹炭竹醋液的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京：中國林業(yè)出版社，2006.

[5]張齊生，姜樹海.重視竹材化學(xué)利用開發(fā)竹炭應(yīng)用技術(shù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，26（4）：47－52.

[6]張文標(biāo)，王偉龍，邵千均，等.竹炭生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀與建議[J].竹子研究匯刊，2003，22（1）：9－14.