室内甲醛污染治理方法对比分析

室内甲醛污染治理方法对比分析西南科技大学土木工程与建筑学院张萌1马力[摘要]本文介绍了室内甲醛污染物的危害以及来源，从原理，效率，优缺点等方面分析比较了几种常用的甲醛治理方法。目的在于寻求科学有效且经济的甲醛污染物治理策略。给出了不同甲醛浓度，温湿度，气密性的人居空间所适合使用的净化方法的建议。[关键词]甲醛，治理，净化效果，室内空气污染TheAnalysisofTreatmenttoTheIndoorFormaldehydePollutionZhangmeng1Mali（SouthwestUniversityofScienceandTechnology）Abstract：Thearticleintroducesthedamageandthesourceofindoorformaldehyde.Itanalysesseveralusualtreatmentsofformaldehydeintheaspectsofprinciple,efficiency,meritsandfaults.Theaimistoseekascientificandeconomictreatmentofformaldegyde.Itgivesussomesuggestiontothetreatmentsthatsuitdifferentformaldehydeconcentration,temperature,humidityandairtightextentofpeople’slivingspace.KeyWords:FormaldehydeTreatmenttheeffectofpurifyThepollutionofindoorair人类为了生长发育和维持生命活动,需要不停地与外界环境进行物质交换，一个健康的成年人一天约需要从外界摄取1~2kg食物，2~3L水和12~15m3[1]。空气质量对于人体健康的意义是十分重要的。现代城市中的人们长期在室内工作生活，对建筑居住办公环境的舒适美观的要求越来越高，但随之而来的由于装修材料和建筑材料不合格而导致的室内空气污染问题也日趋严重[2]。室内污染物常见的有甲醛、苯、氨、氡等有机物,而空气中的甲醛被称为室内装修的头号“杀手”,是室内空气污染危害最严重且最常见的污染物之一。室内空气中的甲醛主要来自装修所使用复合地板、胶合板、细木工板、中密度板、墙面涂料、壁纸、地板、化纤地毯等装饰材料以及脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等胶粘剂与饰面浸渍材料[3]。1甲醛的危害甲醛HCHO，无色气体。有特殊气味，气体相对密度1.067（空气为1）。液体相对密度0.815（-20度），易溶于水和乙醇。具有活泼的化学性质和生物学性质,在水溶液中主要以水合甲醛存在,其37%水溶液即“福尔马林”,具有强烈的刺激性气味,可作为消毒剂和防腐剂[4]。甲醛是世界上公认的潜在致癌物,长期接触低浓度的甲醛引起的主要症状是流泪、打喷嚏、咳嗽,甚至出现眼结膜炎以及支气管炎等,高浓度的甲醛对于中枢神经系统、免疫系统、肝脏都有毒害,刺激眼结膜、呼吸道黏膜而产生流泪、流涕、引起结膜炎、咽喉炎、哮喘、支气管炎和变态反应性疾病。本文通过常用的室内净化甲醛的方法比较来寻求科学有效经济的治理办法。2甲醛的常用治理方法2.1自然通风法通风换气是最简单的清除甲醛等室内有害气体的方法。这种方法主要用于污染程度较轻的场合,在春，夏，秋季要根据天气的差异和室内人数的多少确定换气频度，通常冬季每天至少开窗换气30min以上，但冬季里气温偏低,多数家庭在冬季里减少了开窗的次数,因此该种方法虽然简单经济,但周期较长，净化缓慢，对于持续释放污染物的空间不能从根源解决问题。效率：吴泳等通过不同净化方式实际净化效果对比试验得到通风24h甲醛净化效率可达到30.5%[11]。2.2.1活性炭纤维（ActivatedCarbonFiber,ACF）机理：一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去，二是作为催化载体，催化剂少量沉淀在微孔，大都沉淀在大孔和中孔中。影响因素：炭表面积微孔比表面积大，官能团的比例增加，有利于甲醛气体的吸附[7]。效率：吴泳等通过不同净化方式实际净化效果对比试验得室内放置活性炭雕塑24h甲醛净化效率可达到43.1%[11]。优点：价格低，可做催化载体，缺点：周期短，需定期更换。当温度、湿度、风速升高到一定程度时所吸附的污染物颗粒有可能游离出来,造成二次污染。经济性：市场价格40-100元/kg2.2.2改性活性炭原理：活性炭改性方法:将商品普通活性炭制成碳酸钠和亚硫酸氢钠活化的活性炭。改变活性炭的表面酸、碱性,引入或除去某些表面官能团,使其具有某种特殊的吸附或催化性能。效率：由物理吸附转变为以化学吸附为主,伴随有物理吸附的复合吸附。改性活性炭穿透时间比市售活性炭延长25%,吸附容量比市售活性炭大33.90%[11]。2.3臭氧净化法：机理：臭氧与甲醛反应，导致不饱和的有机分子破裂，使臭氧分子在有机分子的双键上，生成臭氧化物，分解甲醛分子。产物为水和二氧化碳。效率：汪耀珠等通过测量低浓度臭氧对甲醛气体的净化率（有紫外灯照射）发现，臭氧浓度0.050—0.075mg/m3，甲醛浓度3.03—8.70mg/m3，5min后检测，臭氧对甲醛净化效率为41.74%[9]。优点：臭氧同时可以杀菌，消毒，分解有机物，缺点：但是净化效率不高，同时本身也是一种空气污染物，也可能造成二次污染。在反应期间人不能进入。经济性：需要臭氧制备装置并且要紫外灯照射[8]。市场臭氧净化机价格在千元以上。2.4负离子净化法：原理：空气负离子借助凝结吸附作用，依附在固相或者液相污染物微粒上，从而形成大离子并且沉降下来。反应式：·OH+HCHO→H2O+·CHO·OH+·CHO→HCOOH2·OH+HCOOH→H2O+CO2方法：1以具有明显的热电和压电效应的稀有矿物石为原料,加入到墙体材料中,在与空气的接触中电离空气及空气中的水分,产生负离子[12]。2把负离子粉末负载到纤维中如滤料中，载体的纤维材料、细度等都能影响空气污染物与纤维拦截、惯性、重力沉降和扩散四种过滤效应[13]。3实际应用的负离子发生器则是通过电晕放电（3kv-5kv）左右产生高浓度的空气负离子，然后将负离子吹送向所需处[14]。优点：空气负离子对人体具有镇静，降压，改善睡眠等作用。缺点：负离子发生器电晕放电易产生臭氧、氮氧化物等有害气体，过高的负离子浓度也会造成人体头晕，恶心等不良反映。负离子与空气尘埃结合沉降在室内家具电器表面，会再次飞扬到空气中。效率：吴泳等通过不同净化方式实际净化效果对比试验得室内实用臭氧净化器24h甲醛净化效率可达到32.7%[11]。经济性：需要臭氧发生装置，或者可发生负离子的矿石建筑涂料2.5植物净化法：原理：赵玉峰等研究认为,绿色植物对室内空气中某些有害物质所具有的净化作用主要取决于植物的根部与土壤中的微生物和水分,而叶子具有一定的净化作用,但不是主体[15]。周晓晶等通过13种常用室内观赏植物对甲醛净化效果实验准确比较各植物种类之间吸纳甲醛能力的大小。全天24小时植物吸纳甲醛能力较强的有：合果芋、香兰、花叶万年青[16]。植物净化与植物自身的代谢，周围环境有十分重要的关系。效果：不同环境下不同植物净化污染物种类与效果不同，优点：兼美化环境与净化与一体缺点：净化机理有待深入研究，有些植物对人体健康不利，植物吸收污染后会净化性能会衰减，净化效率不稳定。经济性：有些植物市场不容易购买。2.6光催化法：原理：光催化净化技术是在光的照射下,污染物在催化剂表面与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,将污染物氧化为CO2和H2O,从而将其去除。研究发现,采用溶胶—凝胶法制备的含70%的锐钛矿和30%金红石型的纳米TiO2半导体材料的催化活性最佳[17]。优点：纳米TiO2光催化技术工艺简单,成本低廉,无二次污染,无毒无刺激性,对有机、无机、臭气及微生物都有良好的降解作用。缺点：不能解决室内空气中的悬浮物及危害很大的细微颗粒物问题,催化剂微孔容易被灰尘和颗粒物等堵塞而致使催化剂失活;TiO2光催化剂带系较宽(312ev),只能被较短的紫外激发,使得太阳能利用率低;光激发产生的电子空穴的复合快,催化剂在湿度、污染物浓度等因素影响下容易失活。需要定时更换紫外灯管。效果：真空紫外-光催化（VUV-Ti2/UV）甲醛净化效率可达37.4%[18]。2.7纳米TiO2与ACF复合材料净化法：原理：纳米光催化利用ACF的活性碳纤维(ACF)具有比表面积大、微孔丰富、吸附速度快等特点,当室内空气中的污染物浓度较低时,利用ACF的吸附性形成微细范围内的局部高浓度,达到一定浓度后再通过TiO2的光催化降解脱附,解决二次污染问题,同时也可提高纳米光催化光降解反应速率。优点：高效，适用浓度范围广。缺点：对于高浓度甲醛除去率不是很高，同时室内湿度，风速，温度，污染初始浓度均对净化效率有比较大的影响。效果：王珊等通过利用ACF负载TiO2光催化降解甲醛的两种控制方法的研究，当实验进行稳定之后，紫外光＋水蒸气控制法净化率可达61.2%,紫外光＋臭氧控制法净化率可达65.5%[20]。经济性：纳米TiO2负载在ACF上的牢固性、均匀性问题以及在工艺操作过程中对光催化剂纳米TiO2表面羟基含量、晶相组成、薄膜的晶粒尺寸、薄膜的厚度等方面的控制技术仍需完善。2.8甲醛清除剂原理：在甲醛释放的物品材料表面形成致密的分子薄膜，以隔绝甲醛等污染物。优点：高效，持久，对物品表面无影响。缺点：不能完全清除，只是隔离。不可与其他净化方法混用。3各类方法综合比较甲醛的自然释放率和温湿度有很大关系，湿度一定时，在温度在20-25摄氏度，甲醛释放率随温度升高而升高最快，25-35摄氏度，甲醛释放率升高速度减慢，但是依然保持较高速率。温度一定时，相对湿度在50%-80%，甲醛释放率随湿度升高而升高很快[8]。1对于新建房屋采取通风处理甲醛时，可在夏天甲醛释放率高的情况下尽量增加通风时间，并且增加室内空气相对湿度，例如洒水,喷水雾，室内悬挂湿布等措施，有利于室内装修材料的甲醛快速释放。使用机械通风时，在春秋两季可对新风做加湿处理。通风方法可以让建筑在人们使用前最大限度地除去室内甲醛污染。可应用于体积较大空间以及厂房等气密性较差的地方。2活性碳纤维由于其局限性，很少用活性炭作为单独处理室内甲醛污染的方法。经常配合其他方法综合处理甲醛，利用活性炭的物理吸附和作为催化剂载体。由于一些气流组织原因，在甲醛浓度较高的角落，可放置活性炭艺术品等辅助净化。3臭氧净化一般应用于臭氧净化机。针对于气密性好的空间采取室内氧气转化为臭氧与污染物反应，因为反应时人员不宜进入，需要在净化机上安装定时开关或者远程遥控。或者让室内空气不断吸入一个到净化腔体与臭氧反应，可人机共室，但由于净化机的体积限制，在人进入房间之前要预开启一段时间，（预先开启时间根据空间体积，甲醛浓度而定，）也要加装电子定时装置，定时开启。进气口还要进行初净化，在出气口加设臭氧净化。而第二种方法对房间气密性无要求。4负离子净化不能分解有害气体，负离子存在时间短，在使用负离子净化装置时要让净化器在人员工作较近的位置，同时要加强室内的通风换气维持室内空气的电中性，还要在回风处加强对臭氧，和氮氧化物的净化过滤。不宜在大空间使用负离子净化。5植物净化应该是同活性炭一样作为辅助净化方法，在角落摆放具有净化效果的植物景观。6甲醛清除剂喷涂只是在甲醛释放物品表面或者切口形成一层隔离薄膜。也不能在根源净化甲醛。所以对于释放高浓度污染的物品使用喷涂法效果好，但是要避免物品表面的严重磨损和断裂。同时不可与其他净化产品叠用。7TiO2与ACF复合材料净化法是在光催化法基础上的改进，净化彻底无二次污染，是现行最理想的方法。由于其净化效率受温湿度，气流速度和甲醛浓度影响，使用时要控制室内空气流速，或者控制光催化净化机的入口风速，0.6米/秒左右为最佳净化风速[18]。适用于甲醛浓度不是较高的场所。同时在对人员进入房间之前的空