利用活性炭吸附作用去除室内甲醛的效果分析

叶彩华

（漳州职业技术学院，福建 漳州 363000）

甲醛作为室内环境污染的元凶之一，对人体的危害较大，需要进行清除。在室内甲醛的清除中，不同的方法产生的效果不同，当前较为常用的方法为活性炭吸附法[1]。利用活性炭吸附室内甲醛可以帮助改善室内环境，为居民的身心健康提供保障。

1 甲醛的来源

甲醛是醛类中毒性较强的一个品种，对人体的危害较大。人体长期暴露在甲醛环境中，会出现咳嗽、发热、胸闷、食欲不振等症状，所以需要清除环境中的甲醛[2]。在人们的居住环境中，甲醛主要源于以下两个方面。

1.1 室外空气中的甲醛

当前，室外环境中的甲醛主要源于皮革制作所用防腐剂和脱臭剂、纺织生产所用漂白剂、工业造纸所用漂白剂等产生的废气。在生产甲醛或以甲醛作为生产原料的化工厂和木材厂中，会产生大量甲醛[3]。石油、煤炭、天然气、香烟等有机材料在高温高热的环境下燃烧也会产生大量甲醛。此外，汽车尾气经过光化反应也会产生甲醛。室外环境中的甲醛危害范围较大，只要是在甲醛产生区域内长时间生活、工作的人，健康都无法保障。

1.2 室内空气中的甲醛

室内空气中的甲醛主要来自装修材料，例如各种细工木板、胶合板、高密度纤维板、地板胶、黏合剂、乳胶漆等，在房屋装修过程中，均会在室内释放不同浓度的甲醛[4]。此外，厨房中使用的液化气、煤气等燃烧不完全也会产生一定的甲醛，杀虫剂、消毒剂、防腐剂、化妆品中也含有甲醛。由此可见，室内空气中的甲醛来源较广。

2 甲醛的危害

甲醛对人体产生的危害较大，尤其是儿童、孕产妇等免疫力较差的人群，会引发慢性呼吸道疾病、月经紊乱、妊娠综合征、白血病、记忆力下降等[5]。不同质量浓度的甲醛产生的危害效应不同，具体如表1所示。

由表1可知，甲醛对人体产生的危害较大，主要表现为嗅觉异常、刺激、过敏、肺部不适、免疫功能异常等。甲醛刺激

表1 不同质量浓度的甲醛对人体产生的危害

主要是对皮肤黏膜的刺激作用，因为甲醛是原浆毒物质，可以与蛋白质结合，高浓度的甲醛被人体吸入后，会造成呼吸道严重水肿及刺激、头痛、眼刺激等。甲醛过敏主要是人直接接触甲醛后皮肤出现皮炎、色斑、坏死等症状，如果吸入浓度过高的甲醛会引发支气管哮喘。甲醛造成的突变危害主要是因为甲醛是一种基因毒性物质，可以致癌，大量吸入甲醛会引发鼻鳞状细胞癌。

甲醛作为一种危害性较大的物质，对人体的免疫功能、肝脏、肺、皮肤、神经系统等均会产生危害，还会造成儿童智力低下、胎儿致畸等，所以需要重视环境中甲醛的清除，为人们提供安全的生存环境。

3 活性炭分离及吸附甲醛的机理

活性炭具有吸附作用，用途较广。按照原料的来源，活性炭可分为木质活性炭、煤质活性炭、果壳炭、石油类活性炭、骨炭、矿物质原料炭等；按照制造方法，活性炭可分为物理法活性炭、化学法活性炭、化学物理相结合活性炭；按照形态，活性炭可分为柱状活性炭、粉状活性炭、球形活性炭、颗粒活性炭、纤维状活性炭、不定型活性炭等[6]。

活性炭的形态不同，应用范围也不同，结构也存在一定的差异。例如植物类壳质活性炭相对于其他种类的活性炭，微孔结构较发达；木质活性炭与其他类型的活性炭相比，中孔结构较为丰富；煤质类活性炭的孔结构分布较为均匀。不同的活性炭因为结构不同，产生的吸附效果不同，在甲醛的吸附处理中，选择合适的活性炭可以起到较好的吸附作用。

在甲醛的吸附中，活性炭主要通过自身丰富的孔隙结构、较大的比表面积、表面的含氧官能团等发挥作用。活性炭在吸附分子时，分子聚集在碳纤维的表面，按照其吸附力的不同，可以分为物理吸附和化学吸附。

（1）物理吸附。吸附质受到不对称偶极作用，产生范德华力，进而吸附在活性炭的表面。在整个吸附过程中，吸附质和吸附剂分子的性质不会发生变化，因为物理吸附产生的吸附热较小，随着温度的升高，活性炭的吸附力会下降，所以物理吸附适用于低温环境。

（2）化学吸附。活性炭表面的含氧官能团与吸附质之间发生了化学反应，使吸附质吸附在活性炭的表面，这种吸附相比物理吸附是不可逆的，其吸附性相对稳定，不会出现脱附现象。

4 活性炭吸附甲醛的影响因素

活性炭吸附甲醛的影响因素较多，综合分析可以将其归结为4种。

4.1 吸附时间及用量

在室内甲醛的吸附中，随着吸附时间的延长，室内甲醛的质量浓度会逐渐降低（在国家规定的室内空气质量标准中，甲醛的质量浓度应低于0.1 mg/m³）。但是吸附时间超过5 h后，室内甲醛的质量浓度会出现小幅度升高，主要是因为普通活性炭吸附5 h后吸附性能下降，出现脱附现象。同时，活性炭的用量也是影响室内甲醛吸附效果的因素，按照室内空间的大小，选用适量活性炭进行吸附，如果用量过少，达不到吸附的效果；如果用量过大，会造成浪费。

4.2 粒径

活性炭的粒径也是影响甲醛吸附效果的因素。理论上，活性炭颗粒粒径越小，其吸附比表面积越大，吸附性能越好，所以粉末状活性炭的吸附率低于颗粒活性炭。但是，粒径不是越小越好[6]。大粒径活性炭的大孔也可以起到输送气体的作用，所以，需要根据实际情况选择合适的粒径，一般以20～40目为宜。

4.3 温度

随着室内温度的升高，甲醛挥发速度加快，所以在使用活性炭进行室内甲醛吸附的过程中，需要保证环境温度适宜，不会对吸附效果产生较大影响。有研究发现，55 ℃、吸附时间3 h为最佳吸附条件，此时活性炭对甲醛的吸附量可以达到68.5 mg/g。随着温度的升高，分子运动加快，活性炭的吸附点接触的分子增多，吸附率提高，单位时间内被吸附的分子增加，造成最大吸附值前移，吸附量减少，所以在活性炭吸附甲醛的过程中，需要保证温度合适[7]。

4.4 湿度

甲醛可以溶于水，所以室内湿度对活性炭的吸附效果有较大影响。在室内湿度较大的情况下，使用活性炭吸附甲醛的效果较好。当相对湿度为80%时，活性炭的吸附量减少到单组分吸附50%左右；当湿度保持在50%以下，活性炭吸附甲醛的效果最好。

5 活性炭吸附作用去除室内甲醛的效果

为了选择合适的活性炭清除室内甲醛，本研究取10 mL甲醛溶液，分量置于不同的实验箱（体积同为12.66 m³）中，让甲醛自然挥发12 h，形成一定浓度的甲醛环境，取出未蒸发的甲醛溶液，测定初始浓度。在不同的用量和粒径以及改性条件下，开展活性炭吸附效果实验。

5.1 不同用量活性炭的甲醛吸附效果

在实验箱中放入不同用量的活性炭后，甲醛吸附效果如图1所示。

图1 不同用量活性炭的甲醛平均去除率曲线

从图1中可以看到，室内甲醛的质量分数随着活性炭吸附时间的延长逐渐降低，吸附时间达到5 h后，甲醛的质量分数有小幅度的升高，表明活性炭出现了脱附现象，活性炭吸附的最佳时间为4～5 h。分析活性炭的用量发现，100 g活性炭的吸附效果最好，甲醛去除率最高，此时活性炭的质量浓度为100 g/12.66 m³≈8 g/m³。

5.2 不同粒径活性炭的甲醛吸附效果

使用粉末状活性炭、颗粒状活性炭进行甲醛吸附实验，结果如图2所示。

图2 不同粒径活性炭的甲醛吸附曲线

从图2中可以发现，粉末活性炭的吸附率低于颗粒活性炭的吸附率，原因是粉末活性炭的通透性差，影响其吸附效果[8]。粉末活性炭没有出现脱附现象，表明吸附面积越大，越不容易发生脱附。所以在室内甲醛吸附中，可以选择小粒径活性炭。

5.3 普通活性炭与改性活性炭的甲醛吸附效果

将颗粒活性炭在碳酸钠和亚硫酸氢钠混合饱和溶液中浸泡1 h，然后放入亚硫酸氢钠饱和溶液中浸泡1 h，最后将其放在70～80 ℃环境下干燥2 h，获得改性活性炭。分别用30 g普通活性炭和改性活性炭进行吸附实验，结果如图3所示。

图3 普通与改性活性炭的甲醛吸附曲线

从图3中可以看出，改性活性炭的甲醛吸附效果优于普通活性炭，且没有出现脱附现象，说明改性活性炭的甲醛吸附效果好。

5.4 不同用量改性活性炭的甲醛吸附效果

使用不同用量的改性活性炭进行甲醛吸附实验，结果如图4所示。

图4 不同用量改性活性炭的甲醛吸附曲线

从图4中可以发现，不同用量的改性活性炭对甲醛的吸附效果有一定影响，但是整体上影响不大，只会影响甲醛的吸附速率。30 g和40 g改性活性炭的甲醛去除率相差较小，从经济的角度分析，可以选择30 g改性活性炭，此时改性活性炭的质量浓度为30 g/12.66 m³≈3 g/m³。

从以上实验结果得出，普通活性炭的最佳用量为8 g/m³，改性活性炭的最佳用量为3 g/m³，为了减少用量，应选择改性活性炭。在实际的吸附过程中，环境中的温度、湿度等对吸附效果也会产生影响，所以需要选择合适的环境条件，使用改性活性炭进行室内甲醛的吸附。

6 结语

随着社会的发展和科技的进步，人们的生活质量得到提升，经济水平也有显著提高，对居住环境、住房等的要求也越来越高，在住房装修中开始选择危害性较小的材料。甲醛是装修材料中的主要污染物，对人体的伤害较大，甚至威胁到人们的生命安全，所以需要大力清除室内甲醛。活性炭是清除甲醛的常用材料。活性炭的类型不同，其吸附效果也不同。研究得出，改性活性炭的吸附效果优于普通活性炭，粒径较小的活性炭吸附效果较好。在使用活性炭进行室内甲醛吸附的过程中，还受到环境温度、湿度等因素的影响。要想取得显著的吸附效果，需要在环境条件合适的情况下选择粒径较小的改性活性炭吸附甲醛。