治理室内甲醛污染技术的研究进展

金松亚 王雪 杨松恋 海彬 于成博

(西北民族大学化工学院 甘肃兰州 730030)

近年来,我国房地产业发展迅猛,人们对生活、办公环境的要求也越来越高,但同时室内装修中使用的家具以及装饰装修材料成为了室内空气污染的隐患。这些装饰材料释放出来的某些污染气体严重恶化了室内空气品质,其中甲醛被世界卫生组织(WHO) 及美国环保局(EPA)列为可疑致癌物。因此研制、开发和引进无污染的环保建材成为人们亟待解决的重大课题。本文主要综述了近年来国内外对甲醛污染治理的多种方法。

1 植物净化法

绿色植物对室内的污染空气具有净化作用,人们用绿色植物美化室内环境同时净化室内空气。植物在进行光和作用时除了可以吸收二氧化碳外还可以吸收其他含碳物种,包括对人体有害的挥发性有机物。

近年来,中国学者研究了不同植物对甲醛净化的效率和效果,结果表明,对甲醛有良好的净化能力的植物有:吊兰、芦荟、仙人掌、平安树、绿萝、龙舌兰、虎尾兰、常春藤、桂花、巴西龙骨、米兰、龟背竹等[1-4]。

2 吸附法

主要利用某些有吸附能力的物质吸附有害物质从而达到去除有害污染的目的,其中吸附剂的制备是吸附技术成功与否的关键所在。吸附法具有一定的脱除效率、富集功能和能耗较小等优点,从而成为治理甲醛等挥发性有机合物(Volatile organic Compounds,VOCs)常用的方法之一。

研究表明,活性炭具有最佳的VOCs吸附性能,这是由于活性炭不具有极性、而其他吸附剂(如硅胶、金属氧化物等)具有极性,当存在水蒸气时水分子容易与极性分子结合,因而降低了吸附剂吸附性能,但是,有些有机物分子不易被活性炭吸附。姜良艳[5]等利用浸渍法将MnOx负载在杏壳活性炭上对甲醛进行了吸附处理实验,结果表明热处理温度为650℃,负载MnOx活性炭对甲醛的吸附量最大,可达到5.51mg/g,高于活性炭原样。

3 催化氧化法

3.1 光催化氧化

光催化反应是在光的作用下发生的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激发产生分子激发态,然后发生化学反应生成新的物质,或者变成引发热反应的中间化学产物。

Yang[6]等人利用光催化降解甲醛,研究甲醛在Pt/Fe2O3/TiO2催化剂上的降解机理,指出TiO2上形成的羟基自由基与甲醛反应生成甲酸,甲酸与超氧负离子结合生成碳酸氢根继续反应生成甲酸,之后甲酸盐脱氢生成CO2。徐敏[7]等研究了活性碳纤维负载TiO2复合材料对甲醛的光催化效果,实验表明,复合材料在甲醛浓度为1.93mg/m3时,2h的降解效率达到了99.9%,证实甲醛初始浓度、光强和空气湿度是影响降解效率的关键因素。

3.2 多相催化氧化

催化氧化技术是一种有效的去除甲醛的方法,在一定温度下,甲醛和氧气在催化剂表面反应生成CO2和H2O。主要通过物理或化学的方法将具有催化活性的金属或金属氧化物负载于载体上得到催化剂。

贾钧琳[8]等采用均相沉积沉淀法制备Au/CeO2催化剂,研究了焙烧条件下金催化剂催化甲醛氧化反应的活性机理进行了研究。结果显示,金催化剂具有优异的低温催化甲醛氧化的能力。其中经500℃焙烧的催化剂在50℃、体积空速为5000h-1下可以实现甲醛的完全催化氧化。李洪芳[9]等利用氨水络合法和沉积-沉淀法制备了纳米金负载CeO2,SiO2,A12O3和TiO2等的催化剂,经催化剂进行元素分析、程序升温还原、氮气物理吸附、X射线衍射、透射电镜和拉曼光谱等表征,研究低温催化甲醛氧化活性。结果表明,Au/CeO2的催化性能最佳。催化剂的活性同时受Au的化学状态和载体性质共同影响。Au/CeO2催化剂具有较高的低温活性,可能与离子态Au有关,同时AuxCe1-xO2-δ固溶体的形成产生,提高了氧的活化能力,有助于提高催化剂的低温活性。

4 等离子体法

等离子体法是在高频放电的过程中瞬间产生高能量,打开某些有害气体分子的化学键,使其分解为原子或无害分子。

周秉明[10]等利用自制的SnO2/ZnO复合催化剂用于光催化降解甲醛,发现600℃煅烧、保温6h的催化剂的降解效率最好。张增风[11]等用介质阻挡放电与催化相结合的方法,研究在不同介质中甲醛脱除率与电压的关系,结果显示,填充具有较大比表面积的介质小球有利于甲醛的脱除,同时,填充二氧化钛催化剂时甲醛脱除率高于填充γ-A12O3小球时甲醛的脱除率。结果表明:二氧化钛光催化剂在等离子体气氛下能够产生催化活性。

5 结语

目前国内的甲醛治理技术并不十分成熟,而且不同治理技术的应用环境和范围也有所差别。植物净化法中植物吸收的速率通常比较慢,而且长期暴露在高浓度的甲醛中,植物的组织容易受到破坏,出现病变。吸附法有一个很大的缺点是当吸附平衡时,吸附剂就会失效,需要再生,对于大气量的废气处理较难适应。光催化一般所使用的光源为紫外光,并且其价格昂贵、寿命较短。等离子体技术在净化空气中的甲醛过程中容易产生CO、O3和NOx等有害产物,带来二次污染。并且等离子体发生设备价格昂贵,能耗较高,不利于其广泛使用。所以,寻求一种有效率有使用意义的方法刻不容缓。

[1]周晓晶,梁双燕,金幼菊等.13种常用室内观赏植物对甲醛净化效果[J].中国农学通报,2006,22(12):229-229.

[2]王利英,杨振德,邓荣艳等.几种园林植物对甲醛污染的反应研究[J].广西科学,2007,14(2):163-166.

[3]黄爱葵,李楠,汤庚国.四种室内盆栽植物对高浓度苯和甲醛的吸收特性[J].环境与健康杂志,2008, 25(12):1078-1780.

[4]熊缨,苏志刚.五种常见装饰植物对甲醛的吸收能力比较研究[J].环境科学与管理,2009,34(1):45-47.

[5]姜良艳,周仕学,王文超等.活性碳负载锰氧化物用于吸附甲醛[J].环境科学学报,2008,28(2):337-341.

[6]YANG JJ,Ll D X,ZHANG ZJ,et al.A study of the photocatalytic oxidation of formaldehyde on Pt/Fe2O3/TiO2[J].Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry,2000,137:197-202.

[7]徐敏,何满潮,王岩等.TiO2/ACF复合材料吸附-光催化降解甲醛的实验研究[J].中国安全生产科学技术,2008,4(2):40-44.

[8]贾钧琳,王东辉,金佳佳等.纳米金催化剂低温催化氧化甲醛和一氧化碳的研究[J].北京化工大学学报,2008,35(6):1-5.

[9]李洪芳,刘雪松,郭存霞等.载体对负载型金催化剂上甲醛催化氧化的影响[J].催化学报,2009,30(10):1001-1006.

[10]周秉明,申利春.纳米SnO2/ZnO复合氧化物对甲醛的光催化性能研究[J].贵州工业大学学报,2008,37(3):1-4.

[11]张增风,丁慧贤.低温等离子体-催化脱除室内VOC中的甲醛[J].黑龙江科技学院学报,2004,14(1):15-17.