甲醛治理方法對比分析

                                            江西師大斯坦福環(huán)境研究中心 劉興

[摘要]  本文介紹了室內(nèi)甲醛污染物的危害以及來源，從原理，效率，優(yōu)缺點(diǎn)等方面分析比較了幾種常用的甲醛治理方法。目的在于尋求科學(xué)有效且經(jīng)濟(jì)的甲醛污染物治理策略。給出了不同甲醛濃度，溫濕度，氣密性的人居空間所適合使用的凈化方法的建議。

                                 [關(guān)鍵詞]  甲醛治理，空氣凈化，室內(nèi)甲醛污染治理，甲醛的凈化效果

人類為了生長發(fā)育和維持生命活動(dòng),需要不停地與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，一個(gè)健康的成年人一天約需要從外界攝取1~2kg食物，2~3L水和12~15m[1]。空氣質(zhì)量對于人體健康的意義是十分重要的。現(xiàn)代城市中的人們長期在室內(nèi)工作生活，對建筑居住辦公環(huán)境的舒適美觀的要求越來越高，但隨之而來的由于裝修材料和建筑材料不合格而導(dǎo)致的室內(nèi)空氣污染問題也日趨嚴(yán)重[2]。

室內(nèi)污染物常見的有甲醛、苯、氨、氡等有機(jī)物,而空氣中的甲醛被稱為室內(nèi)裝修的頭號“殺手”,是室內(nèi)空氣污染危害最嚴(yán)重且最常見的污染物之一。室內(nèi)空氣中的甲醛主要來自裝修所使用復(fù)合地板、膠合板、細(xì)木工板、中密度板、墻面涂料、壁紙、地板、化纖地毯等裝飾材料以及脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂等膠粘劑與飾面浸漬材料。

1 甲醛的危害

甲醛HCHO，無色氣體。有特殊氣味，氣體相對密度1.067（空氣為1）。液體相對密度0.815（-20度），易溶于水和乙醇。具有活潑的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì),在水溶液中主要以水合甲醛存在,其37%水溶液即“福爾馬林”,具有強(qiáng)烈的刺激性氣味,可作為消毒劑和防腐劑。甲醛是世界上公認(rèn)的潛在致癌物,長期接觸低濃度的甲醛引起的主要癥狀是流淚、打噴嚏、咳嗽,甚至出現(xiàn)眼結(jié)膜炎以及支氣管炎等,高濃度的甲醛對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟都有毒害,刺激眼結(jié)膜、呼吸道黏膜而產(chǎn)生流淚、流涕、引起結(jié)膜炎、咽喉炎、哮喘、支氣管炎和變態(tài)反應(yīng)性疾病。本文通過常用的室內(nèi)凈化甲醛的方法比較來尋求科學(xué)有效經(jīng)濟(jì)的治理辦法。

2 甲醛的常用治理方法

2.1自然通風(fēng)法

通風(fēng)換氣是最簡單的清除甲醛等室內(nèi)有害氣體的方法。這種方法主要用于污染程度較輕的場合,在春，夏，秋季要根據(jù)天氣的差異和室內(nèi)人數(shù)的多少確定換氣頻度，通常冬季每天至少開窗換氣30min以上，但冬季里氣溫偏低,多數(shù)家庭在冬季里減少了開窗的次數(shù),因此該種方法雖然簡單經(jīng)濟(jì),但周期較長，凈化緩慢，對于持續(xù)釋放污染物的空間不能從根源解決問題。

效率：吳泳等通過不同凈化方式實(shí)際凈化效果對比試驗(yàn)得到通風(fēng)24h甲醛凈化效率可達(dá)到30.5%。

2.2.1活性炭纖維（Activated Carbon Fiber,ACF）

機(jī)理：一是使吸附質(zhì)分子快速深入活性炭內(nèi)部較小的孔隙中去，二是作為催化載體，催化劑少量沉淀在微孔，大都沉淀在大孔和中孔中。

影響因素：炭表面積微孔比表面積大，官能團(tuán)的比例增加，有利于甲醛氣體的吸附。

效率：通過不同凈化方式實(shí)際凈化效果對比試驗(yàn)得室內(nèi)放置活性炭雕塑24h甲醛凈化效率可達(dá)到43.1%。

優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，可做催化載體，

缺點(diǎn)：周期短，需定期更換。當(dāng)溫度、濕度、風(fēng)速升高到一定程度時(shí)所吸附的污染物顆粒有可能游離出來,造成二次污染。

經(jīng)濟(jì)性：市場價(jià)格40-100元/kg

2.2.2改性活性炭

原理：活性炭改性方法: 將商品普通活性炭制成碳酸鈉和亞硫酸氫鈉活化的活性炭。改變活性炭的表面酸、堿性,引入或除去某些表面官能團(tuán), 使其具有某種特殊的吸附或催化性能。

效率：由物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰瘜W(xué)吸附為主, 伴隨有物理吸附的復(fù)合吸附。改性活性炭穿透時(shí)間比市售活性炭延長25%, 吸附容量比市售活性炭大33.90%。

2.3臭氧凈化法：

機(jī)理：臭氧與甲醛反應(yīng)，導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子破裂，使臭氧分子在有機(jī)分子的雙鍵上，生成臭氧化物，分解甲醛分子。產(chǎn)物為水和二氧化碳。

效率：汪耀珠等通過測量低濃度臭氧對甲醛氣體的凈化率（有紫外燈照射）發(fā)現(xiàn)，臭氧濃度0.050—0.075mg/m3，甲醛濃度3.03—8.70mg/m3，5min后檢測，臭氧對甲醛凈化效率為41.74%。

優(yōu)點(diǎn)：臭氧同時(shí)可以殺菌，消毒，分解有機(jī)物，

缺點(diǎn)：但是凈化效率不高，同時(shí)本身也是一種空氣污染物，也可能造成二次污染。在反應(yīng)期間人不能進(jìn)入。

經(jīng)濟(jì)性：需要臭氧制備裝置并且要紫外燈照射。市場臭氧凈化機(jī)價(jià)格在千元以上。

2.4負(fù)離子凈化法：

原理：空氣負(fù)離子借助凝結(jié)吸附作用，依附在固相或者液相污染物微粒上，從而形成大離子并且沉降下來。反應(yīng)式：

�� ·OH + HCHO  → H2O +·CHO  ��

   ·OH +·CHO  → HCOOH

  2·OH + HCOOH → H2O + CO2

方法：

1 以具有明顯的熱電和壓電效應(yīng)的稀有礦物石為原料,加入到墻體材料中,在與空氣的接觸中電離空氣及空氣中的水分,產(chǎn)生負(fù)離子。

2 把負(fù)離子粉末負(fù)載到纖維中如濾料中，載體的纖維材料、細(xì)度等都能影響空氣污染物與纖維攔截、慣性、重力沉降和擴(kuò)散四種過濾效應(yīng)。

3 實(shí)際應(yīng)用的負(fù)離子發(fā)生器則是通過電暈放電（3kv-5kv）左右產(chǎn)生高濃度的空氣負(fù)離子，然后將負(fù)離子吹送向所需處。

優(yōu)點(diǎn)：空氣負(fù)離子對人體具有鎮(zhèn)靜，降壓，改善睡眠等作用。

缺點(diǎn)：負(fù)離子發(fā)生器電暈放電易產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等有害氣體，過高的負(fù)離子濃度也會(huì)造成人體頭暈，惡心等不良反映。負(fù)離子與空氣塵埃結(jié)合沉降在室內(nèi)家具電器表面，會(huì)再次飛揚(yáng)到空氣中。

效率：通過不同凈化方式實(shí)際凈化效果對比試驗(yàn)得室內(nèi)實(shí)用臭氧凈化器24h甲醛凈化效率可達(dá)到32.7%。

經(jīng)濟(jì)性：需要臭氧發(fā)生裝置，或者可發(fā)生負(fù)離子的礦石建筑涂料

2.5植物凈化法：

原理：研究認(rèn)為,綠色植物對室內(nèi)空氣中某些有害物質(zhì)所具有的凈化作用主要取決于植物的根部與土壤中的微生物和水分,而葉子具有一定的凈化作用,但不是主體。

周曉晶等通過13 種常用室內(nèi)觀賞植物對甲醛凈化效果實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確比較各植物種類之間吸納甲醛能力的大小。全天24小時(shí)植物吸納甲醛能力較強(qiáng)的有：合果芋、香蘭、花葉萬年青。植物凈化與植物自身的代謝，周圍環(huán)境有十分重要的關(guān)系。

效果：不同環(huán)境下不同植物凈化污染物種類與效果不同，

優(yōu)點(diǎn)：兼美化環(huán)境與凈化與一體

缺點(diǎn)：凈化機(jī)理有待深入研究，有些植物對人體健康不利，植物吸收污染后會(huì)凈化性能會(huì)衰減，凈化效率不穩(wěn)定。

經(jīng)濟(jì)性：有些植物市場不容易購買。

2.6光催化法：

原理：光催化凈化技術(shù)是在光的照射下, 污染物在催化劑表面與自由電子或空穴結(jié)合, 發(fā)生氧化還原反應(yīng), 將污染物氧化為CO2 和H2O , 從而將其去除。研究發(fā)現(xiàn), 采用溶膠—凝膠法制備的含70 %的銳鈦礦和30 %金紅石型的納米TiO2 半導(dǎo)體材料的催化活性最佳。

優(yōu)點(diǎn)：納米TiO2 光催化技術(shù)工藝簡單, 成本低廉,無二次污染, 無毒無刺激性, 對有機(jī)、無機(jī)、臭氣及微生物都有良好的降解作用。

缺點(diǎn)：不能解決室內(nèi)空氣中的懸浮物及危害很大的細(xì)微顆粒物問題, 催化劑微孔容易被灰塵和顆粒物等堵塞而致使催化劑失活; TiO2 光催化劑帶系較寬(312ev) , 只能被較短的紫外激發(fā), 使得太陽能利用率低; 光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴的復(fù)合快, 催化劑在濕度、污染物濃度等因素影響下容易失活。需要定時(shí)更換紫外燈管。

效果：真空紫外-光催化（VUV-Ti2/UV）甲醛凈化效率可達(dá)37.4%。

2.7納米TiO2 與ACF復(fù)合材料凈化法：

原理：納米光催化利用ACF的活性碳纖維(ACF)具有比表面積大、微孔豐富、吸附速度快等特點(diǎn),當(dāng)室內(nèi)空氣中的污染物濃度較低時(shí),利用ACF的吸附性形成微細(xì)范圍內(nèi)的局部高濃度,達(dá)到一定濃度后再通過TiO2 的光催化降解脫附,解決二次污染問題,同時(shí)也可提高納米光催化光降解反應(yīng)速率。

優(yōu)點(diǎn)：高效，適用濃度范圍廣。

缺點(diǎn)：對于高濃度甲醛除去率不是很高，同時(shí)室內(nèi)濕度，風(fēng)速，溫度，污染初始濃度均對凈化效率有比較大的影響。

效果：王珊等通過利用ACF 負(fù)載TiO2 光催化降解甲醛的兩種控制方法的研究，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行穩(wěn)定之后，紫外光＋水蒸氣控制法凈化率可達(dá)61.2%, 紫外光＋臭氧控制法凈化率可達(dá)65.5%。

經(jīng)濟(jì)性：納米TiO2 負(fù)載在ACF上的牢固性、均勻性問題以及在工藝操作過程中對光催化劑納米TiO2 表面羥基含量、晶相組成、薄膜的晶粒尺寸、薄膜的厚度等方面的控制技術(shù)仍需完善。

2.8甲醛清除劑

原理：在甲醛釋放的物品材料表面形成致密的分子薄膜，以隔絕甲醛等污染物。

優(yōu)點(diǎn)：高效，持久，對物品表面無影響。

缺點(diǎn)：不能完全清除，只是隔離。不可與其他凈化方法混用。

3各類方法綜合比較

甲醛的自然釋放率和溫濕度有很大關(guān)系，濕度一定時(shí)，在溫度在20-25攝氏度，甲醛釋放率隨溫度升高而升高最快，25-35攝氏度，甲醛釋放率升高速度減慢，但是依然保持較高速率。溫度一定時(shí)，相對濕度在50%-80%，甲醛釋放率隨濕度升高而升高很快。

1對于新建房屋采取通風(fēng)處理甲醛時(shí)，可在夏天甲醛釋放率高的情況下盡量增加通風(fēng)時(shí)間，并且增加室內(nèi)空氣相對濕度，例如灑水,噴水霧，室內(nèi)懸掛濕布等措施，有利于室內(nèi)裝修材料的甲醛快速釋放。使用機(jī)械通風(fēng)時(shí)，在春秋兩季可對新風(fēng)做加濕處理。通風(fēng)方法可以讓建筑在人們使用前最大限度地除去室內(nèi)甲醛污染。可應(yīng)用于體積較大空間以及廠房等氣密性較差的地方。

2活性碳纖維由于其局限性，很少用活性炭作為單獨(dú)處理室內(nèi)甲醛污染的方法。經(jīng)常配合其他方法綜合處理甲醛，利用活性炭的物理吸附和作為催化劑載體。由于一些氣流組織原因，在甲醛濃度較高的角落，可放置活性炭藝術(shù)品等輔助凈化。

3臭氧凈化一般應(yīng)用于臭氧凈化機(jī)。針對于氣密性好的空間采取室內(nèi)氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧與污染物反應(yīng)，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)人員不宜進(jìn)入，需要在凈化機(jī)上安裝定時(shí)開關(guān)或者遠(yuǎn)程遙控。或者讓室內(nèi)空氣不斷吸入一個(gè)到凈化腔體與臭氧反應(yīng)，可人機(jī)共室，但由于凈化機(jī)的體積限制，在人進(jìn)入房間之前要預(yù)開啟一段時(shí)間，（預(yù)先開啟時(shí)間根據(jù)空間體積，甲醛濃度而定，）也要加裝電子定時(shí)裝置，定時(shí)開啟。進(jìn)氣口還要進(jìn)行初凈化，在出氣口加設(shè)臭氧凈化。而第二種方法對房間氣密性無要求。

4負(fù)離子凈化不能分解有害氣體，負(fù)離子存在時(shí)間短，在使用負(fù)離子凈化裝置時(shí)要讓凈化器在人員工作較近的位置，同時(shí)要加強(qiáng)室內(nèi)的通風(fēng)換氣維持室內(nèi)空氣的電中性，還要在回風(fēng)處加強(qiáng)對臭氧，和氮氧化物的凈化過濾。不宜在大空間使用負(fù)離子凈化。

5植物凈化應(yīng)該是同活性炭一樣作為輔助凈化方法，在角落擺放具有凈化效果的植物景觀。

6甲醛清除劑噴涂只是在甲醛釋放物品表面或者切口形成一層隔離薄膜。也不能在根源凈化甲醛。所以對于釋放高濃度污染的物品使用噴涂法效果好，但是要避免物品表面的嚴(yán)重磨損和斷裂。同時(shí)不可與其他凈化產(chǎn)品疊用。

7 TiO2 與ACF復(fù)合材料凈化法是在光催化法基礎(chǔ)上的改進(jìn)，凈化徹底無二次污染，是現(xiàn)行最理想的方法。由于其凈化效率受溫濕度，氣流速度和甲醛濃度影響，使用時(shí)要控制室內(nèi)空氣流速，或者控制光催化凈化機(jī)的入口風(fēng)速，0.6米/秒左右為最佳凈化風(fēng)速。適用于甲醛濃度不是較高的場所。同時(shí)在對人員進(jìn)入房間之前的空氣預(yù)處理時(shí)可增加室內(nèi)空氣濕度以提高甲醛降解效率。

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