不同甲醛去除材料性能比较研究

魏任重 丁盛 陆镇娇

摘    要：室内家居材料释放的甲醛持续危害着人们的健康，市场上的去除甲醛的产品种类繁多。为了更好的认识和选择除醛产品，采用自制甲醛在线监测装置，对比了九种除醛材料的2h除醛速率和5h去除率。结果表明，二氧化氯，二氧化钛光触媒和吡喃多胺聚酯具有较好的除醛效果，其中二氧化氯5h去除率达到96.0%，但活性较短;羟丙基甲壳素，精油和酶解植物蛋白等生物质除醛材料的除醛效果一般，具有一定长效性;氨基酸辅酶的除醛效果较差，并且容易失活。

关键词：甲醛;在线监测;除醛材料;除醛速率;甲醛去除率

1  引言

甲醛（Formaldehyde）常温下是一种无色、有刺激性气味的气体，易溶于水.甲醛具有较高的生物化学活性，容易与生物体蛋白质结合。人体长期接触甲醛气体，会损害皮肤，呼吸器官和神经系统，造成慢性中毒。世界卫生组织已经把甲醛气体确定重要的致癌物质，会导致肺部，口腔，皮肤，结肠等组织器官癌变。

目前甲醛对人体危害主要源头来自室内装修和纺织制品等。室内装修材料主要包括各类人造板及其制品、化纤地毯、油漆涂料以及各种胶粘剂等。特别是人造板（细木工板，胶合板和刨花板等）中大量采用酚醛树脂、脲醛树脂胶粘剂，板材中会持续释放甲醛到室内环境。如何解决室内空气污染问题，一般通过控制释放源头、保持空气流通和有害气体净化等几种途径。作为一种有效的方法，甲醛去除产品越来越引起人们的关注。

甲醛去除产品主要机理包括物理吸附，化学作用，生物降解，微生物代谢等。物理吸附是以分子间作用力吸附甲醛等有害物质，包括有活性炭、沸石、分子筛、硅胶等;缺点是效率低、不稳定、易脱附、易受温度影响。化学作用是通过氧化反应，络合反应，加成反应，光催化反应等化学作用原理，将甲醛分子分解生成二氧化碳和水等无毒分子，主要包括光触媒二氧化钛，含氮化合物，强氧化剂等，其中光触媒需要以紫外线为光源，产生高活性·0H自由基，能与甲醛反应。生物降解是生物或微生物体内提取的酶物质，能分解甲醛为二氧化碳和水。通常植物包括绿萝，吊兰，常春藤等。此类生物酶物质对甲醛的耐受浓度有一定限度。微生物代谢是微生物以甲醛为食物碳源，通过微生物体内氧化代谢作用，转化氨基酸，甲酸或者其他碳化合物等[。

本文将根据甲醛去除基本原理，根据自行开发的检测方法，对比分析多种不同除醛材料的除醛效果，从而为开發高效甲醛去除产品提供支持。

2  实验

2.1  原材料

二氧化钛光触媒，银离子，羟丙基甲壳素，精油，蓖麻油酸锌脂，吡喃多胺聚酯，二氧化氯，酶解植物蛋白，氨基酸辅酶，去离子水，甲醛溶液（3%质量浓度）。

2.2  测试设备

1. 喷雾加样阀门入口;2. 甲醛释放源;3. 风扇;4.密封手套测试箱（400mm×400mm×600mm）;5. 出气口;6. 电动气泵;7. 甲醛在线测试仪（科尔诺 MOT-200-K）8. 气体流量计;9. 进气口;10. 计算机数据收集。

2.3  实验过程

（1）甲醛去除喷雾样品的制备：用去离子水将各种除醛材料溶解，稀释为0.1%质量分数液体，灌装到喷雾瓶中，备用。

（2）甲醛释放源的制备：滴加约0.5g甲醛溶液（3%）在泡沫棉（100mm×100mm）载体上，置于密闭样品瓶中，作为甲醛释放源（图1-2）。

（3）甲醛检测过程。[①]参照图1甲醛监测装置图，打开密封手套测试箱（4），启动风扇（3），使测试空间空气充分对流，清除污染物;关闭测试箱，开启甲醛在线测试仪（7）、电动气泵（6）和气体流量计（8），待甲醛在线测试仪数据归零，并持续20min，然后关闭各仪器。[②]打开密封手套测试箱，放入甲醛释放源样品瓶，关闭密封手套测试箱，然后通过手套打开甲醛释放源样品瓶，然后依次开启风扇、气泵、气体流量计，以及甲醛在线测试仪，气体流速控制在2L/min，待环境甲醛浓度稳定在5ppm～10ppm区间，关闭甲醛释放源样品瓶。[③]环境甲醛浓度保持稳定30min，甲醛去除喷雾在加样阀门口（1）喷雾约1g样品，计算机30min收集甲醛浓度数据一次，共测试300min;测试完成后，关闭仪器，打开密封手套测试箱，清洗，通风，测试下一个样品。

3  结果与讨论

所选择的除醛材料主要采用化学作用和生物降解原理，是目前市场上主要除醛原材料。本论文主要监测了5小时内，九种除醛材料对甲醛去除效果。在九种除醛材料作用下，甲醛浓度在前2小时内快速下降，约5小时后，甲醛浓度基本趋于平衡。本文采用2h除醛速率（ppm/h）和5h除醛率（%）两个数据表示不同除醛材料的初期除醛能力和最终除醛效率，具体数据详见表1。

3.1  初期除醛效率

根据表1的2h除醛速率数据，九种除醛材料的初期除醛能力具有明显的差异。吡喃多胺聚酯、二氧化钛光触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、羟丙基甲壳素和蓖麻油酸锌脂初期除醛能力一般，银离子和氨基酸辅酶的初期除醛能力最差。

吡喃多胺聚酯喷雾能和甲醛气体发生快速凝胶反应，形成透明微凝胶，反应极为灵敏。二氧化钛光触媒具有良好的光催化作用，在紫外光的作用下，与甲醛反应，初期除醛效果良好。二氧化氯是一种非常强的氧化剂，它能与具有还原性的甲醛发生氧化反应，在2h除醛速率数据上，虽然它比吡喃多胺聚酯和二氧化钛光触媒要略差，但二氧化氯能在1h内就把大部分甲醛去除了，1h除醛速率达到5.14，远高于其它除醛材料。精油是从天然植物中提取的有机芳香组分，具有复杂的化学结构，在初期除醛能力上，精油具有较好的作用。酶解植物蛋白是通过蛋白酶水解而成的氨基酸组分，其天然氨基基团对甲醛也有一定反应活性，除醛效果较好。另外，羟丙基甲壳素和蓖麻油酸锌脂也具有一定除醛活性。

在九种除醛材料中，银离子和氨基酸辅酶的初期除醛能力较差。银离子为高价氧化态活性离子，能促使空间产生原子态氧，从而有效氧化环境中的甲醛气体。氨基酸辅酶则是一种能降解甲醛的生物酶，初期除醛能力较差。

3.2  最终除醛效率

根据表1的5h除醛率数据，九种除醛材料的最终除醛效率也存在明显的差异，并且与2h除醛速率数据上也不完全一致。

二氧化氯和二氧化钛光触媒的5h除醛率最高，均大于85%，二氧化氯的除醛率甚至高达96.0%。另外，银离子，精油，蓖麻油酸锌脂和吡喃多胺聚酯的除醛率能达到70%以上，具有一定最终除醛效果。羟丙基甲壳素，酶解植物蛋白和氨基酸辅酶的除醛率较低，氨基酸辅酶的5h除醛率甚至只有33.1%。表明在没有任何保护的情况下，生物质组分在甲醛环境中的活性长效性较差，通常在2小时后，发生失活，除醛功能下降。

3.3  除醛材料的分析

根据以上分析，强氧化剂和光催化类除醛材料在初期除醛和最终除醛效果非常好，不过强氧化剂二氧化氯对人体呼吸器官具有一定伤害性;吡喃多胺聚酯凝胶吸附类除醛材料初期除醛效果好，但最终除醛率一般;大部分生物质除醛材料对人体健康无伤害性，但是除醛效果一般;氨基酸辅酶除醛材料的健康环保性更好，但是单独使用的除醛效果较差，并且容易失活，只能作为生物酶除醛辅材应用。因此，在开发除醛产品时，需要充分考虑实际应用环境，结合各种除醛材料的特点，发挥协同效应，并辅以助剂，来复配产品。

4  结束语

利用自制甲醛在线监测装置，监测了九种除醛材料的初期除醛效果和最终除醛效果。结果表明，所有的除醛材料均在初期具有更好的活性，并且呈现初步衰减的趋势。这些除醛材料具有不同的除醛机理，初期除醛速率和最终除醛率也存在一定差异，在开发除醛产品时，需要协同各组分的特点，综合考虑。

参考文献：

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[2] 邱娟.室內甲醛污染现状及控制措施研究[J].中国高新技术企业，2009（10）：129～131.

[3] 雷德定，张志国，刘波等.高效甲醛降解菌的分离筛选及应用[J].中国人造板，2018（9）：12～17.

[4] 金晶，吴婉欣，陈雯雯等.微生物甲醛代谢途径的研究进展[J].吉林农业：学术版，2011（4）：70～72.

作者简介：

魏任重（1979—）男，江西九江，高级工程师，博士，主要研究方向为家居装修建筑材料，空气净化治理等。