不同甲醛去除材料性能比較研究

魏任重 丁盛 陸鎮(zhèn)嬌

摘? ? 要：室內(nèi)家居材料釋放的甲醛持續(xù)危害著人們的健康，市場(chǎng)上的去除甲醛的產(chǎn)品種類繁多。為了更好的認(rèn)識(shí)和選擇除醛產(chǎn)品，采用自制甲醛在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)比了九種除醛材料的2h除醛速率和5h去除率。結(jié)果表明，二氧化氯，二氧化鈦光觸媒和吡喃多胺聚酯具有較好的除醛效果，其中二氧化氯5h去除率達(dá)到96.0%，但活性較短;羥丙基甲殼素，精油和酶解植物蛋白等生物質(zhì)除醛材料的除醛效果一般，具有一定長(zhǎng)效性;氨基酸輔酶的除醛效果較差，并且容易失活。

關(guān)鍵詞：甲醛;在線監(jiān)測(cè);除醛材料;除醛速率;甲醛去除率

1? 引言

甲醛（Formaldehyde）常溫下是一種無色、有刺激性氣味的氣體，易溶于水.甲醛具有較高的生物化學(xué)活性，容易與生物體蛋白質(zhì)結(jié)合。人體長(zhǎng)期接觸甲醛氣體，會(huì)損害皮膚，呼吸器官和神經(jīng)系統(tǒng)，造成慢性中毒。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)把甲醛氣體確定重要的致癌物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致肺部，口腔，皮膚，結(jié)腸等組織器官癌變。

目前甲醛對(duì)人體危害主要源頭來自室內(nèi)裝修和紡織制品等。室內(nèi)裝修材料主要包括各類人造板及其制品、化纖地毯、油漆涂料以及各種膠粘劑等。特別是人造板（細(xì)木工板，膠合板和刨花板等）中大量采用酚醛樹脂、脲醛樹脂膠粘劑，板材中會(huì)持續(xù)釋放甲醛到室內(nèi)環(huán)境。如何解決室內(nèi)空氣污染問題，一般通過控制釋放源頭、保持空氣流通和有害氣體凈化等幾種途徑。作為一種有效的方法，甲醛去除產(chǎn)品越來越引起人們的關(guān)注。

甲醛去除產(chǎn)品主要機(jī)理包括物理吸附，化學(xué)作用，生物降解，微生物代謝等。物理吸附是以分子間作用力吸附甲醛等有害物質(zhì)，包括有活性炭、沸石、分子篩、硅膠等;缺點(diǎn)是效率低、不穩(wěn)定、易脫附、易受溫度影響?；瘜W(xué)作用是通過氧化反應(yīng)，絡(luò)合反應(yīng)，加成反應(yīng)，光催化反應(yīng)等化學(xué)作用原理，將甲醛分子分解生成二氧化碳和水等無毒分子，主要包括光觸媒二氧化鈦，含氮化合物，強(qiáng)氧化劑等，其中光觸媒需要以紫外線為光源，產(chǎn)生高活性·0H自由基，能與甲醛反應(yīng)。生物降解是生物或微生物體內(nèi)提取的酶物質(zhì)，能分解甲醛為二氧化碳和水。通常植物包括綠蘿，吊蘭，常春藤等。此類生物酶物質(zhì)對(duì)甲醛的耐受濃度有一定限度。微生物代謝是微生物以甲醛為食物碳源，通過微生物體內(nèi)氧化代謝作用，轉(zhuǎn)化氨基酸，甲酸或者其他碳化合物等[。

本文將根據(jù)甲醛去除基本原理，根據(jù)自行開發(fā)的檢測(cè)方法，對(duì)比分析多種不同除醛材料的除醛效果，從而為開發(fā)高效甲醛去除產(chǎn)品提供支持。

2? 實(shí)驗(yàn)

2.1? 原材料

二氧化鈦光觸媒，銀離子，羥丙基甲殼素，精油，蓖麻油酸鋅脂，吡喃多胺聚酯，二氧化氯，酶解植物蛋白，氨基酸輔酶，去離子水，甲醛溶液（3%質(zhì)量濃度）。

2.2? 測(cè)試設(shè)備

1. 噴霧加樣閥門入口;2. 甲醛釋放源;3. 風(fēng)扇;4.密封手套測(cè)試箱（400mm×400mm×600mm）;5. 出氣口;6. 電動(dòng)氣泵;7. 甲醛在線測(cè)試儀（科爾諾 MOT-200-K）8. 氣體流量計(jì);9. 進(jìn)氣口;10. 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)收集。

2.3? 實(shí)驗(yàn)過程

（1）甲醛去除噴霧樣品的制備：用去離子水將各種除醛材料溶解，稀釋為0.1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)液體，灌裝到噴霧瓶中，備用。

（2）甲醛釋放源的制備：滴加約0.5g甲醛溶液（3%）在泡沫棉（100mm×100mm）載體上，置于密閉樣品瓶中，作為甲醛釋放源（圖1-2）。

（3）甲醛檢測(cè)過程。[①]參照?qǐng)D1甲醛監(jiān)測(cè)裝置圖，打開密封手套測(cè)試箱（4），啟動(dòng)風(fēng)扇（3），使測(cè)試空間空氣充分對(duì)流，清除污染物;關(guān)閉測(cè)試箱，開啟甲醛在線測(cè)試儀（7）、電動(dòng)氣泵（6）和氣體流量計(jì)（8），待甲醛在線測(cè)試儀數(shù)據(jù)歸零，并持續(xù)20min，然后關(guān)閉各儀器。[②]打開密封手套測(cè)試箱，放入甲醛釋放源樣品瓶，關(guān)閉密封手套測(cè)試箱，然后通過手套打開甲醛釋放源樣品瓶，然后依次開啟風(fēng)扇、氣泵、氣體流量計(jì)，以及甲醛在線測(cè)試儀，氣體流速控制在2L/min，待環(huán)境甲醛濃度穩(wěn)定在5ppm～10ppm區(qū)間，關(guān)閉甲醛釋放源樣品瓶。[③]環(huán)境甲醛濃度保持穩(wěn)定30min，甲醛去除噴霧在加樣閥門口（1）噴霧約1g樣品，計(jì)算機(jī)30min收集甲醛濃度數(shù)據(jù)一次，共測(cè)試300min;測(cè)試完成后，關(guān)閉儀器，打開密封手套測(cè)試箱，清洗，通風(fēng)，測(cè)試下一個(gè)樣品。

3? 結(jié)果與討論

所選擇的除醛材料主要采用化學(xué)作用和生物降解原理，是目前市場(chǎng)上主要除醛原材料。本論文主要監(jiān)測(cè)了5小時(shí)內(nèi)，九種除醛材料對(duì)甲醛去除效果。在九種除醛材料作用下，甲醛濃度在前2小時(shí)內(nèi)快速下降，約5小時(shí)后，甲醛濃度基本趨于平衡。本文采用2h除醛速率（ppm/h）和5h除醛率（%）兩個(gè)數(shù)據(jù)表示不同除醛材料的初期除醛能力和最終除醛效率，具體數(shù)據(jù)詳見表1。

3.1? 初期除醛效率

根據(jù)表1的2h除醛速率數(shù)據(jù)，九種除醛材料的初期除醛能力具有明顯的差異。吡喃多胺聚酯、二氧化鈦光觸媒和二氧化氯具有最快的初期除醛能力，精油、酶解植物蛋白、羥丙基甲殼素和蓖麻油酸鋅脂初期除醛能力一般，銀離子和氨基酸輔酶的初期除醛能力最差。

吡喃多胺聚酯噴霧能和甲醛氣體發(fā)生快速凝膠反應(yīng)，形成透明微凝膠，反應(yīng)極為靈敏。二氧化鈦光觸媒具有良好的光催化作用，在紫外光的作用下，與甲醛反應(yīng)，初期除醛效果良好。二氧化氯是一種非常強(qiáng)的氧化劑，它能與具有還原性的甲醛發(fā)生氧化反應(yīng)，在2h除醛速率數(shù)據(jù)上，雖然它比吡喃多胺聚酯和二氧化鈦光觸媒要略差，但二氧化氯能在1h內(nèi)就把大部分甲醛去除了，1h除醛速率達(dá)到5.14，遠(yuǎn)高于其它除醛材料。精油是從天然植物中提取的有機(jī)芳香組分，具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在初期除醛能力上，精油具有較好的作用。酶解植物蛋白是通過蛋白酶水解而成的氨基酸組分，其天然氨基基團(tuán)對(duì)甲醛也有一定反應(yīng)活性，除醛效果較好。另外，羥丙基甲殼素和蓖麻油酸鋅脂也具有一定除醛活性。

在九種除醛材料中，銀離子和氨基酸輔酶的初期除醛能力較差。銀離子為高價(jià)氧化態(tài)活性離子，能促使空間產(chǎn)生原子態(tài)氧，從而有效氧化環(huán)境中的甲醛氣體。氨基酸輔酶則是一種能降解甲醛的生物酶，初期除醛能力較差。

3.2? 最終除醛效率

根據(jù)表1的5h除醛率數(shù)據(jù)，九種除醛材料的最終除醛效率也存在明顯的差異，并且與2h除醛速率數(shù)據(jù)上也不完全一致。

二氧化氯和二氧化鈦光觸媒的5h除醛率最高，均大于85%，二氧化氯的除醛率甚至高達(dá)96.0%。另外，銀離子，精油，蓖麻油酸鋅脂和吡喃多胺聚酯的除醛率能達(dá)到70%以上，具有一定最終除醛效果。羥丙基甲殼素，酶解植物蛋白和氨基酸輔酶的除醛率較低，氨基酸輔酶的5h除醛率甚至只有33.1%。表明在沒有任何保護(hù)的情況下，生物質(zhì)組分在甲醛環(huán)境中的活性長(zhǎng)效性較差，通常在2小時(shí)后，發(fā)生失活，除醛功能下降。

3.3? 除醛材料的分析

根據(jù)以上分析，強(qiáng)氧化劑和光催化類除醛材料在初期除醛和最終除醛效果非常好，不過強(qiáng)氧化劑二氧化氯對(duì)人體呼吸器官具有一定傷害性;吡喃多胺聚酯凝膠吸附類除醛材料初期除醛效果好，但最終除醛率一般;大部分生物質(zhì)除醛材料對(duì)人體健康無傷害性，但是除醛效果一般;氨基酸輔酶除醛材料的健康環(huán)保性更好，但是單獨(dú)使用的除醛效果較差，并且容易失活，只能作為生物酶除醛輔材應(yīng)用。因此，在開發(fā)除醛產(chǎn)品時(shí)，需要充分考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合各種除醛材料的特點(diǎn)，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，并輔以助劑，來復(fù)配產(chǎn)品。

4? 結(jié)束語

利用自制甲醛在線監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)了九種除醛材料的初期除醛效果和最終除醛效果。結(jié)果表明，所有的除醛材料均在初期具有更好的活性，并且呈現(xiàn)初步衰減的趨勢(shì)。這些除醛材料具有不同的除醛機(jī)理，初期除醛速率和最終除醛率也存在一定差異，在開發(fā)除醛產(chǎn)品時(shí)，需要協(xié)同各組分的特點(diǎn)，綜合考慮。

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作者簡(jiǎn)介：

魏任重（1979—）男，江西九江，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)榧揖友b修建筑材料，空氣凈化治理等。