室內(nèi)甲醛污染的控制與治理

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簡介： 綜述了室內(nèi)甲醛污染的控制措施與治理技術(shù)。詳細(xì)介紹了目前治理室內(nèi)甲醛污染的主要凈化技術(shù)，包括物理吸附技術(shù)、催化技術(shù)、化學(xué)中和技術(shù)、空氣負(fù)離子技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、常溫催化氧化技術(shù)、生物技術(shù)、材料封閉技術(shù)等及其研究進(jìn)展，并分析了各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵字：甲醛污染 室內(nèi)空氣 空氣凈化技術(shù)

　　甲醛是室內(nèi)空氣主要污染物之一。是一種無色的刺激性氣體，沸點(diǎn)為19.5 ℃，易于揮發(fā)，常溫下易溶于水。主要來源于各種人造板材，貼墻布、涂料等各種裝飾材料以及吸煙等產(chǎn)生的煙霧等。甲醛對人體健康的危害極大，室內(nèi)空氣甲醛含量大于0.1 mg/m3就會對呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害，高濃度甲醛對神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟都有危害，在我國有毒化學(xué)品名單上甲醛居第二位，且被世界衛(wèi)生組織（WHO）確定為可疑致畸、致癌物質(zhì)[1]?！毒邮铱諝庵屑兹┬l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T16127—1995）規(guī)定居室內(nèi)甲醛量要小于0.08 mg/m3，但一般住宅裝修后甲醛濃度平均為 0.2 mg/m3，最高可達(dá)0.81 mg/m3，嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)[2]。目前采用多種技術(shù)方法降低建材中的游離甲醛，雖取得一定成效，但由于技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的限制，室內(nèi)甲醛污染仍然十分嚴(yán)重。因此，對室內(nèi)甲醛污染的控制與治理非常重要。

　　1  合理控制室內(nèi)環(huán)境

　　    由于甲醛的釋放是一個(gè)長期的過程，日本橫濱國立大學(xué)研究表明，室內(nèi)甲醛的釋放期一般為3～15年，且其與室內(nèi)的溫度、相對濕度、室內(nèi)換氣數(shù)、室內(nèi)建材等有關(guān)，合理控制室內(nèi)環(huán)境可降低甲醛濃度。

　　1.1 室內(nèi)通風(fēng)

　　室內(nèi)通風(fēng)是清除甲醛行之有效的辦法，可選用空氣換氣裝置或自然通風(fēng)，這樣有利于室內(nèi)材料中甲醛的散發(fā)和排放。Zhang等[3]研究發(fā)現(xiàn)，MV（Mixing Ventilation）比DV（Displacement Ventilation）可以更好的保持室內(nèi)空氣質(zhì)量。室內(nèi)通風(fēng)要注意根據(jù)季節(jié)、天氣的差異和室內(nèi)人數(shù)的多少來確定換氣頻度，通常在春、夏、秋季都應(yīng)留適當(dāng)?shù)耐L(fēng)口，冬季每天至少開窗換氣30 min以上，但其只用于污染較輕的場合。

　　1.2 控制室內(nèi)溫度、濕度

　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，甲醛的釋放隨著濕度的增大而增加，隨溫度升高而增大[4]。溫度由30℃降到25 ℃可降低甲醛50%，相對濕度由70%降到30%時(shí)甲醛量降低40%，溫度和濕度效應(yīng)降低室內(nèi)甲醛量主要是靠降低污染源的擴(kuò)散[5]。要使室內(nèi)材料中的甲醛盡快釋放，就應(yīng)增加其溫濕度，因此一般在剛剛裝修的房中采取烘烤的方法或在室內(nèi)擺放一盆清水可使甲醛加快釋放。要控制室內(nèi)甲醛濃度就要降低其溫濕度。

　　1.3 植物凈化

　　美國國家空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（National Spacetechnology Laboratory）的有關(guān)實(shí)驗(yàn)[6]證明，銀苞芋、吊蘭、蘆薈、仙人球、虎尾花、扶郎花等室內(nèi)觀賞葉植物對甲醛有較好的吸收效果。因此，在室內(nèi)放置上述植物既美化環(huán)境又起到凈化空氣的作用。

　　僅僅調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境雖能降低室內(nèi)甲醛濃度，但還不能達(dá)到理想結(jié)果，尤其在甲醛釋放初期，需要采用空氣凈化技術(shù)。

　　2  室內(nèi)甲醛污染治理技術(shù)

　　    目前，國內(nèi)外采取多種方法治理室內(nèi)甲醛污染，且現(xiàn)在已有一些產(chǎn)品問世。治理室內(nèi)甲醛污染的空氣凈化技術(shù)歸納起來主要有：物理吸附技術(shù)、催化技術(shù)、化學(xué)中和技術(shù)、空氣負(fù)離子技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、常溫催化氧化技術(shù)、生物技術(shù)、材料封閉技術(shù)等。

　　2.1 物理吸附技術(shù)

　　物理吸附主要利用某些有吸附能力的物質(zhì)吸附有害物質(zhì)而達(dá)到去除有害污染的目的。主要是各種空氣凈化器。常用的吸附劑為顆粒活性炭，活性炭纖維、沸石、分子篩、多孔粘土礦石、硅膠等。Sonia Aguado等[7]研究發(fā)現(xiàn)，沸石膜對室內(nèi)甲醛、苯等污染物有較好去除效果?；钚蕴坷w維是吸附劑中最引人注目的碳質(zhì)吸附劑。蔡健等[8]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)條件下用H2O2對ACF改性可提高對甲醛的吸附性能。榮海琴[9]等對經(jīng)改性處理的聚丙烯腈(PAN)基活性炭纖維(ACF)對甲醛吸附性能進(jìn)行初步研究發(fā)現(xiàn)，PAN-ACFs浸漬處理及后續(xù)熱處理后的樣品對甲醛的吸附量明顯高于未處理樣品對甲醛的吸附量。對物理吸附技術(shù)改進(jìn)主要是尋找比表面積大且具有更快的吸脫附速率的吸附劑，還有與其他技術(shù)相結(jié)合使用等。Sawada等[10]在裝有活性炭的花盆中栽培具有甲醛凈化性能的植物，其對甲醛去除效果比單純的活性炭吸附要好。物理吸附還可用于建材，Kazunori等[11]研發(fā)的一種可生物降解的木炭板，在2 h內(nèi)可把20×10－6的甲醛全部吸收，且木炭板廢棄后可被生物降解。物理吸附富集能力強(qiáng)，且不會產(chǎn)生二次污染物，簡單易推廣，對低濃度有害氣體較有效。但物理吸附的吸附速率慢，對新裝修幾個(gè)月的室內(nèi)的甲醛的去除不明顯，且會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，還有吸附劑需要定時(shí)更換。

　　2.2 催化技術(shù)

　　催化技術(shù)以催化為主，結(jié)合超微過濾，從而保證在常溫常壓下使多種有害有味氣體分解成無害無味物質(zhì)，由單純的物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附，不產(chǎn)生二次污染。目前市場上的有害氣體吸附器和家具吸附寶都屬于這類產(chǎn)品。

　　納米光催化技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)空氣凈化技術(shù)，它主要是利用二氧化鈦的光催化性能氧化甲醛，生成二氧化碳和水。該技術(shù)在紫外光照射下用于治理空氣污染越來越受到重視，成為空氣污染治理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。為提高其對甲醛的降解速率，展開了一系列對其反應(yīng)影響因素的研究。對二氧化鈦光催化降解甲醛反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究說明，甲醛光催化降解反應(yīng)遵循一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，反應(yīng)速率由反應(yīng)物濃度控制，光催化反應(yīng)由表面化學(xué)反應(yīng)控制[12]。甲醛濃度在10 mg/m3以下時(shí)，可被TiO2在紫外光條件下光催化完全降解為CO2和H2O，在較高濃度時(shí)被氧化成甲酸[13]。Stevens等[4]實(shí)驗(yàn)表明，在紫外光條件下，納米TiO2光催化反應(yīng)器對低濃度甲醛去除率為100%，但用太陽光照射時(shí)，凈化效率僅為35%。錢昱等[14]對納米二氧化鈦光催化降解空氣中甲醛的研究發(fā)現(xiàn)：TiO2 負(fù)載在無紡布和鎳網(wǎng)上時(shí)比負(fù)載在玻纖布上效果好；加入適量活性炭能明顯提高甲醛光催化降解速率；水玻璃作為粘結(jié)劑時(shí)能有效提高甲醛光催化降解速率。此外，許多學(xué)者不斷研發(fā)新方法，在硼硅酸鹽玻璃表面涂上一層Sol-Gel TiO2薄膜對室內(nèi)甲醛有良好的去除效果，在1.56 mW/cm2的UVA照射下最大反映速率常數(shù)為0.148 min－1[15]。劉凡新等[16]通過Sol-Gel工藝在玻璃表面及多孔陶瓷表面制得均勻透明的摻鈰納米TiO2薄膜，發(fā)現(xiàn)其在近紫外光處的吸光度有明顯提高，對甲醛有極高的光催化降解速率。楊陽等[17]利用納米TiO2制備出一種完全不含有機(jī)物的水性涂料，涂敷在內(nèi)墻上可長時(shí)間有效分解有害氣體。在實(shí)際應(yīng)用中可見光比紫外光易得，將具有可見光活性的Fe-TiO2光催化劑與耐光催化氧化的硅酸鉀基料進(jìn)行復(fù)配，可得到能夠有效而持久地在普通日光燈環(huán)境下降解甲醛的復(fù)合建筑涂料[18]。

　　    催化技術(shù)可以與物理吸附技術(shù)或其他技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，效果更佳。催化技術(shù)與物理吸附技術(shù)相結(jié)合，可利用物理吸附技術(shù)為催化技術(shù)提供高濃度反應(yīng)環(huán)境，催化技術(shù)降解甲醛使吸附劑得到再生。納米TiO2光催化劑與一些氣體吸附劑（沸石、活性炭、SiO2等）相結(jié)合在弱紫外光激發(fā)下就可以有效降解低濃度有害氣體。侯一寧等[19]對二氧化鈦-活性炭纖維混合材料對室內(nèi)甲醛污染的凈化進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，TiO2-ACF混合材料比單純使用TiO2或ACF效果要好，且TiO2與ACF質(zhì)量比為1:0.5時(shí)混合材料去除甲醛效果最好。Fumihide等[20]把光催化技術(shù)與使用活性炭進(jìn)行連續(xù)吸附、脫附的技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明一種改進(jìn)的光催化反應(yīng)器，可在10 min內(nèi)使10 m3密閉室內(nèi)小于1 mg/m3的低濃度甲醛降解到WHO標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg/m3）以下，在90 min內(nèi)可使甲醛濃度降為零。稀土激活空氣凈化材料綜合了化學(xué)吸附、物理吸附、光催化等多元催化技術(shù)，對甲醛達(dá)到持久凈化[21]。張?jiān)鲲L(fēng)等[22]對低溫等離子體—催化脫除室內(nèi)甲醛的研究發(fā)現(xiàn)，在室溫、常壓、介質(zhì)阻擋放電情況下，電壓增高，等離子體技術(shù)的甲醛脫除率增加，填充較大比表面積介質(zhì)小球能有利于甲醛脫除，二氧化鈦在等離子體氣氛下可以產(chǎn)生催化活性。催化技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合運(yùn)用可互補(bǔ)缺點(diǎn)，達(dá)到更好的凈化效果。

　　催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、二次污染少、可以在常溫常壓下氧化分解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)，一般室內(nèi)甲醛的濃度較低，在居室、玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2薄膜或安放TiO2空氣凈化設(shè)備可有效降解甲醛。但其需要納米TiO2和紫外光照射，存在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的局限性，還未進(jìn)入大面積使用推廣階段。

　　2.3 化學(xué)中和技術(shù)

　　化學(xué)中和技術(shù)一般采用絡(luò)合技術(shù)，破壞甲醛、苯等有害氣體的分子結(jié)構(gòu)，中和空氣中的有害氣體，進(jìn)而逐步消除。目前，專家研制出了各種除味劑和甲醛捕捉劑，屬于該技術(shù)類產(chǎn)品。該技術(shù)最好結(jié)合裝修工程使用，可以有效降低人造板中的游離甲醛。

　　2.4 空氣負(fù)離子技術(shù)

　　其主要選用具有明顯的熱電效應(yīng)的稀有礦物石為原料，加入到墻體材料中，在與空氣接觸中，電離空氣及空氣中的水分，產(chǎn)生負(fù)離子；可發(fā)生極化，并向外放電，起到凈化室內(nèi)空氣的作用。市場中銷售的“綠諾空氣離子寶”屬于這種產(chǎn)品。金宗哲等[23]研究表明，稀土激活電氣石可凈化甲醛95%以上，其把負(fù)離子技術(shù)和物理吸附、化學(xué)吸附技術(shù)集于一身。負(fù)離子技術(shù)也可應(yīng)用到建材上，如負(fù)離子涂料，其能夠持續(xù)釋放的負(fù)離子與室內(nèi)污染源持續(xù)釋放的有害氣體（正離子）不斷中和、降解，可長期起到去除甲醛的作用。馮艷文等[24]應(yīng)用天然礦物的改性活化技術(shù)和納米稀土激活技術(shù)研制的健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料，不僅具有較為優(yōu)越的常規(guī)性能，還集無污染、抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)離子等對人體健康有益的功能于一身。該涂料只需在可見光激發(fā)下便可產(chǎn)生大量的負(fù)離子，使室內(nèi)負(fù)離子數(shù)增加200～400 個(gè)/cm3。

　　2.5 臭氧氧化法

　　臭氧與極性有機(jī)化合物如甲醛反應(yīng)，導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子破裂，使臭氧分子結(jié)合在有機(jī)分子的雙鍵上，生成臭氧化物，從而達(dá)到分解甲醛分子的目的。汪耀珠等[25]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0.050～0.075 mg/ｍ3，甲醛濃度3.03～8.70 mg/ｍ3，5 min后檢測，臭氧對甲醛凈化效率為41.74%。臭氧發(fā)生裝置具有殺菌、消毒、除臭、分解有機(jī)物的能力，但臭氧法凈化甲醛效率低，同時(shí)臭氧易分解，不穩(wěn)定，可能會產(chǎn)生二次污染物，同時(shí)臭氧本身也是一種空氣污染物，國家也有相應(yīng)的限量標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)生量控制不好，會適得其反。

　　2.6 常溫催化氧化法

　　又稱為冷觸媒法，主要是利用一些貴金屬特殊的催化氧化性能，使室內(nèi)污染物變成為CO2和H2O。一般載體為ZrO2、CeO、SiO、活性炭、分子篩等，經(jīng)常采用的貴金屬有Pd、Pt、Rh、Ru和Ir。日本近年來對低溫催化劑進(jìn)行了深入的研究，并有一系列的專利問世。Yushika等[26，27]研發(fā)的含有錳氧化物組分（MnO2為77 ％）的空氣凈化器，對剛剛裝修的住宅中甲醛去除效果良好，在7個(gè)多月時(shí)間內(nèi)使新建住宅室內(nèi)甲醛由0.21×10－6降到0.04×10－6，且沒有發(fā)現(xiàn)有害的副產(chǎn)品（HCOOH、CO），其還可以加速材料中甲醛釋放。

　　2.7 生物技術(shù)

　　生物法凈化有機(jī)廢氣是微生物以有機(jī)物為其生長的碳源和能源而將其氧化、降解為無毒、無害的無機(jī)物的方法。李小梅等[28]實(shí)驗(yàn)表明，通過篩選、培育的適宜微生物菌種接種掛膜制作的生物膜填料塔對入口濃度小于20 mg/ｍ3的甲醛廢氣具有較好的凈化效果，凈化效率達(dá)到90%以上，凈化操作時(shí)，液體噴淋量維持在20 L/h有利于凈化。Masaki等[29]研究表明，生物酶對甲醛降解有潛在能力，此方法操作簡單、運(yùn)行成本低，無二次污染而被歐洲廣泛使用并已工業(yè)化。生物活性溫度一般為10～40 ℃，因此室內(nèi)溫度必須維持在特定微生物的活性溫度范圍內(nèi)，使其應(yīng)用受到限制。

　　2.8 材料封閉技術(shù)

　　對于各種人造板中的甲醛，專家們研制出了一種封閉材料，稱作甲醛封閉劑，用于家具和人造板材內(nèi)的甲醛氣體封閉。目前出現(xiàn)在我國市場上的美嘉保護(hù)盾，具有封閉甲醛的作用，可涂刷于未經(jīng)油漆處理的家具內(nèi)壁板和人造板，以減少各種人造板中的甲醛釋放量。但其治標(biāo)不治本。

　　3  結(jié)  語

　　隨著國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，環(huán)境意識的深入人心，室內(nèi)甲醛污染的控制與治理越來越受到重視。國內(nèi)外對甲醛污染的空氣凈化技術(shù)已經(jīng)有較多應(yīng)用于實(shí)際，同時(shí)各種新方法新技術(shù)也在不斷得到研究，其中納米光催化技術(shù)是空氣凈化技術(shù)研究的發(fā)展趨勢，同時(shí)由于每種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，針對實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，尤其是多種技術(shù)相結(jié)合利用可對室內(nèi)甲醛污染進(jìn)行有效的控制與治理。

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