不同綠色植物對甲醛氣體的凈化能力

姜遙，金津霞，戴丹麗，孫彩霞*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)產(chǎn)品質量標準研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江經(jīng)貿職業(yè)技術學院，浙江 杭州 310018)

目前，在室內裝修中運用大量的裝飾材料來美化室內的環(huán)境，但是因這些材料會有有害氣體揮發(fā)而污染室內空氣及影響人體健康，尤其引起人們關注的是甲醛與苯系物等有毒致癌物質，因此，有必要研究改善室內空氣質量的有效方法[1-3]。

物理空氣凈化僅對PM2.5等粉塵顆粒進行過濾，而對有害分子如甲醛、二氧化硫、硫化氫、一氧化碳等沒有很好的凈化功能。常用去除甲醛的措施主要為物理法和化學法，由于甲醛的釋放過程緩慢，這些方法僅使用一兩次并不能完全去除，且這些復雜的技術需要比較可觀的費用。甚至，化學方法中強氧化劑的使用易造成二次污染[4]。此外，室內甲醛控制技術有植物凈化技術、等離子技術、光催化氧化技術、光化學氧化技術和吸附技術等[5-7]。植物吸收法由于具有環(huán)境友好、簡單美觀和經(jīng)濟長效的優(yōu)點而成為主要的室內污染氣體凈化方法[8]。徐迪等[9]研究所選擇的18種觀賞植物都能吸收甲醛，其中大花惠蘭、春芋、蚊草、洋桔梗、天竺葵、鳳尾蔽、煙草等吸收甲醛能力最強，花葉白竹草、鏡面草、秋海棠、椒草等吸收甲醛能力較差。蔡能等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在甲醛濃度超標10倍的范圍內，3種耐蔭植物吸收甲醛的能力為松蘿>常春藤>綠蘿。

分析看來，吊蘭和綠蘿植物對甲醛氣體的凈化研究較少，苔蘚和多肉植物對甲醛氣體的凈化試驗基本沒有。而苔蘚植物極其耐陰，在LED光照下便可生長良好，其葉表面積龐大且具有葉吸收功能(沒有真正的根，只能通過葉片把空氣中的氣體和粉塵作為自身營養(yǎng))，同時釋放新鮮氧氣，是一種不可多得的空氣凈化良材。多肉、吊蘭、綠蘿均為室內多見的綠化配植，兼?zhèn)溲b點居室、凈化空氣的作用。因而研究以苔蘚為主的4種綠色植物對甲醛污染氣體的凈化過程，具有廣闊的實際應用前景和意義。

1 材料與方法

1.1 材料與裝置

試驗材料。尖葉匐燈蘚(Plagiomniumacutum)，無土，麗水市潤生苔蘚科技有限公司提供；金邊吊蘭(Chlorophytumcomosumf.variegata)，由浙江省農(nóng)科院園藝所提供；多肉植物冰梅(Echeveria elegans raspberry ice)和綠蘿(Epipremnumaureum)為市場購買。以上4種植物均為室內常用綠化植物，室內養(yǎng)護1～2周后進行試驗。

試驗試劑。37%～40%甲醛溶液，乙酰丙酮，濃鹽酸，氫氧化鈉，碘化鉀，碘酸鉀，碘，可溶性淀粉，冰乙酸，乙酸銨，硫代硫酸鈉，碳酸鈉，碳酸氫鈉等試劑，均購自上海凌峰化學試劑有限公司。

試驗裝置。密閉的玻璃箱(600 mm×600 mm×700 mm)，側面均有把手并分別留1個小孔和2個小孔，用于連接儀器和注入甲醛，具體見圖1。紫外分光光度計(UV2600，日本島津公司)；分析天平(setra BL-410A，美國西特公司)；數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋(XMTD-204，上海躍進醫(yī)療器械有限公司)；大氣采樣器(QCD-1500型，中國鹽城銀河科技有限公司)；pH計(PHS30，上海儀電科學儀器股份有限公司)；便攜式甲醛檢測器(Temtop-H3，美國樂控科技有限公司)；移液槍(10 μL，大龍興創(chuàng)實驗儀器(北京)有限公司)。

圖1 定制的密封透光玻璃箱

1.2 方法

試驗原理即熏蒸法，共設3個處理，每處理重復7次。在相同環(huán)境條件下(室內溫度22～25 ℃，濕度40%)，將尖葉匐燈蘚(40 cm×40 cm)分別放置于大小相同的密閉玻璃箱內。提前在密閉玻璃箱璧上粘貼濾紙，用移液槍向濾紙上注射37%～40%甲醛溶液，立即封閉。實時檢測甲醛濃度變化，待其揮發(fā)完全后，此時的濃度即視為初始濃度，然后在脅迫1、3、6、9、12和 24 h后采樣并測定空氣中甲醛含量并記錄數(shù)據(jù)。各處理為5、10和20 μL的37%～40%甲醛溶液。后續(xù)選取多肉、吊蘭和綠蘿3種植物進行甲醛熏蒸試驗，并使得葉面積與苔蘚相近，需要提前用保鮮膜把植物的盆和土壤緊密包裹，以防土壤對甲醛的吸收。同時設置空白組和對照組，即不注入甲醛但放綠色植物和注入甲醛但不放綠色植物，其他操作同試驗組，每處理重復3次。植物的外觀形態(tài)采用直接觀察法。

GB/T 15516—1995《空氣質量 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法》中甲醛濃度c(mg·m-3)的計算：

式中：m為根據(jù)校準曲線計算甲醛含量(μg)；V1為定容體積(mL)；V2為測定取樣體積(mL)；Vnd為所采氣體標準狀態(tài)體積(L)。

2 結果與分析

2.1 預試驗

圖2表明，試驗所用密封箱密封性良好，甲醛氣體無泄露；當無甲醛溶液注入時，密閉空氣中甲醛含量較低，約0.035 mg·m-3；當注入一定量甲醛溶液且無苔蘚時，空氣中甲醛含量穩(wěn)定居高，且高于放置苔蘚時情況，說明在注射甲醛溶液后，氣體揮發(fā)過程中苔蘚植物也存在吸收甲醛的作用，只是甲醛揮發(fā)速率大于苔蘚吸附速率。此外，可知尖葉匐燈蘚對甲醛氣體具有較好的吸收凈化能力。在1～6 h試驗時間內，苔蘚對于10 μL甲醛氣體量的平均凈化效率從63.1%升至99.2%，12 h后凈化效率達到99.9%，基本完全凈化干凈。10 μL的37%～40%甲醛完全揮發(fā)出來大約需要40～60 min，相對標準偏差為13.3%。

圖2 試驗組、對照組和空白組的比對

2.2 方法驗證

按照空氣質量 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法(GB/T 15516—1995)對甲醛濃度進行驗證。方法原理：甲醛氣體經(jīng)水吸收后，在pH值6的乙酸-乙酸銨緩沖溶液中與乙酰丙酮作用，在沸水浴條件下迅速生成穩(wěn)定的黃色化合物，在波長413 nm處測定。

2.2.1 標準曲線

配制7個不同濃度的甲醛標準使用溶液，依據(jù)檢測數(shù)據(jù)繪制標準曲線(圖3)，得到線性方程y=0.034 7x+0.044 8，線性相關性0.999。

圖3 甲醛標準溶液的標準曲線

2.2.2 方法檢出限

測定7個空白濃度，并計算重復7次測定的標準偏差S，方法檢出限公式即MDL=t(n-1，0.99)×S(t(n-1，0.99)是自由度為n-1，置信度為99%時的t值)，方法檢出限MDL為0.018 mg·m-3。

2.2.3 精密度和準確度

對濃度為0.10 mg·m-3的甲醛標準使用溶液放入50 mL比色管中，按標準曲線步驟進行7次重復測定，記錄吸光度并在曲線上查出結果濃度，計算得到相對標準偏差為2.1%。

取4個不同的實驗組樣品(10 μL 37%～40%甲醛溶液，苔蘚)，準確吸取10.00 mL該樣品定容于250 mL容量瓶中，混勻后取50.00 mL樣品溶液按曲線分析步驟檢測，換算結果分別為1.34、1.52、0.05、0.06 mg·m-3。該結果與甲醛便攜式檢測儀結果相近，故準確可靠。

本試驗測出最低檢出限0.018 mg·m-3，檢出限較低；對標準溶液進行7次重復測定，測得相對標準偏差為2.1%，精密度良好，符合標準要求。

2.3 不同濃度的影響

圖4表明，3種不同甲醛含量的苔蘚凈化試驗均呈現(xiàn)相似的趨勢，1～3 h時隨時間增加苔蘚對甲醛的吸收量急劇增長，3～12 h對甲醛的吸收量逐步降低，之后趨于穩(wěn)定，24 h后苔蘚對甲醛的凈化效果均接近100%。苔蘚凈化速率從大到小依次為5 μL>10 μL>20 μL甲醛溶液注射量，對應密閉箱中初始甲醛濃度為0.770、1.577、3.502 mg·m-3。試驗說明，隨著甲醛氣體濃度的升高，植物對甲醛氣體的吸收速率都呈下降趨勢，在低濃度時的吸收速率比其他二個濃度條件下對甲醛的吸收速率要高。參照我國規(guī)定的室內甲醛濃度限值0.08 mg·m-3，當5、10和20 μL甲醛溶液注射量時，密封箱內甲醛濃度分別于3、6和12 h后低于限值達標，此時苔蘚的凈化效率對應為95.9%、99.2%和99.5%。此外，考慮到5 μL甲醛溶液注射量苔蘚凈化速率太快，20 μL的凈化至達標所需時間太長且濃度過高，因此后續(xù)試驗將統(tǒng)一采用10 μL的甲醛溶液劑量，熏蒸時間為12 h。

圖4 3種不同含量的苔蘚凈化甲醛試驗

2.4 不同綠色植物的影響

2.4.1 甲醛對不同綠色植物外觀形態(tài)的影響

植物的氣孔是吸收空氣中氣態(tài)污染物的關鍵部分，植物氣孔的吸收力以及大小和排列等會對凈化工作帶來直接性的影響。一般情況下植物在受到污染等一些逆境的脅迫狀態(tài)下，為適應逆境，植物氣孔的密度以及大小將會受到一定的影響，各種植物在各種各樣的脅迫條件之下所產(chǎn)生的變化也是不同的[1]。表1反映了苔蘚、多肉、吊蘭和綠蘿在受甲醛氣體(37%～40%甲醛溶液10 μL)脅迫下植物外觀形態(tài)的變化。試驗結果表明，在受甲醛熏蒸的脅迫環(huán)境下，苔蘚和多肉有很強的適應性和抗性，其形態(tài)幾乎不變化。其次是綠蘿的抗性；吊蘭的抗性最差，植株萎蔫，大部分葉片變黃、有斑塊。

表1 苔蘚、多肉、吊蘭和綠蘿4種植物外觀形態(tài)的變化

2.4.2 不同綠色植物對甲醛的凈化效率

圖5表明，4種綠色植物中尖葉匐燈蘚對甲醛的凈化效果最快且最佳，在10 μL甲醛注射量的熏蒸下，3 h后平均凈化效率達到95%以上。其次是金邊吊蘭，隨著熏蒸時間的增長對甲醛氣體的凈化效率增加，9 h后平均凈化效率達到90%以上。綠蘿對甲醛的吸收量同樣較大，但凈化速率較慢，12 h后平均凈化效率達到90%以上。冰梅吊蘭對甲醛的吸收量最小且最慢，12 h后其平均凈化效率為58.9%。

圖5 4種不同植物的甲醛熏蒸試驗效果

3 討論

研究結果顯示，10 μL的37%～40%甲醛溶液完全揮發(fā)需要40～60 min。GB/T 15516—1995方法的檢測結果與甲醛便攜式檢測儀的結果相近，精密度良好，準確度可靠。隨著甲醛氣體濃度的升高，植物對甲醛氣體的吸收速率都呈下降趨勢，在低濃度時的吸收速率比其他2個濃度條件下對甲醛的吸收速率要高，但吸收量均在增加，具體的內在生物機理需要進一步的探究。

試驗植物在不排除微生物的情況下對甲醛都有一定的吸收，但吸收甲醛的量存在差異。對甲醛污染吸收凈化能力最強的植物為尖葉匐燈蘚，其次為金邊吊蘭、綠蘿，而冰梅多肉吸收甲醛能力最差。同時，4種不同類型的綠色植物對甲醛的耐性不同。在本試驗中，金邊吊蘭的抗甲醛污染能力最差；綠蘿抗甲醛污染能力較強；而冰梅多肉和尖葉匐燈蘚的抗甲醛污染能力最強。因此，不同植物對甲醛的吸收凈化能力和耐性并無相關性。多肉對甲醛污染的凈化能力較低且緩慢，但其耐性相對較好。綠蘿是一種適合室內栽培，吸收和抗性能力均較強的植物。吊蘭是一種高效凈化甲醛污染的植物，但其抗性相對較弱，實際應用時需要經(jīng)常更換。尖葉匐燈蘚凈化甲醛氣體的能力和耐性最強，在實際生活中可長期應用于室內甲醛污染的凈化。簡言之，通過室內植物配植，可以有效改善室內空氣質量，而尖葉匐燈蘚是相對最優(yōu)的高效去除室內甲醛氣體污染的植物。