室內甲醛汙染的控制與治理
簡介:綜述了室內甲醛汙染的控制措施和治理技術。詳細介紹了室內甲醛汙染的主要凈化技術，包括物理吸附技術、催化技術、化學中和技術、空氣負離子技術、臭氧氧化技術、室溫催化氧化技術、生物技術、材料密封技術及其研究進展，並分析了各種技術的優缺點。
關鍵詞:甲醛汙染室內空氣空氣凈化技術
甲醛是室內空氣的主要汙染物之壹。為無色刺激性氣體，沸點為19.5℃，常溫下易揮發，易溶於水。主要來源於各種人造板材和家具、膠粘劑、墻布、油漆、窗簾、沙發、席夢思床墊等裝飾材料，以及吸煙產生的煙霧。甲醛對人體健康危害很大。室內空氣甲醛含量大於0.1 mg/m3會對呼吸系統造成危害。高濃度的甲醛對神經系統、免疫系統、肝臟都有危害，尤其對兒童、孕婦、老人危害更大。還有研究發現，甲醛等空氣汙染也是壹般“辦公室綜合癥”的罪魁禍首。甲醛在我國有毒化學品名錄中排名第二，已被世界衛生組織(世衛組織)[1]確定為疑似致畸致癌物質。《室內空氣中甲醛的衛生標準》(GB/T 16127—1995)規定室內甲醛含量應小於0.08 mg/m3，但我國壹般房屋裝修後甲醛濃度平均為0.2 mg/m3，最高可達0.81 mg/m3甚至更高，嚴重超標。目前，已經采用了許多技術方法來降低建築材料中的遊離甲醛，雖然取得了壹些成果，但是由於技術壁壘和經濟條件的限制，室內空氣甲醛汙染仍然十分嚴重。因此，控制和治理室內甲醛汙染非常重要。
1控制室內部環境
因為甲醛的釋放是壹個長期的過程，日本橫濱國立大學的研究表明，室內甲醛的釋放周期壹般為3 ~ 15年，並且與室內溫度、相對濕度、室內換氣次數、室內建築材料等有關。合理的控制室內環境可以降低甲醛的濃度。
1.1通風
通風是去除甲醛的有效方法，引入新鮮空氣可以有效稀釋汙染的空氣。選擇空氣通風裝置或自然通風，有利於室內材料中甲醛的排放。張等[3]發現混合通風比置換通風能更好地保持室內空氣品質。室內通風應根據季節、天氣、室內人數的不同而定。通常春夏秋三季要留有適當的通風口，冬季每天至少開窗通風30 min。
缺點:壹般甲醛汙染嚴重的地方通風不好，汙染源問題沒有解決，治標不治本。
1.2控制室內溫度和濕度
發現甲醛的釋放量隨著濕度和溫度的升高而增加[4]。當溫度從30℃降至25℃時，甲醛含量可降低50%，當相對濕度從70%降至30%時，室內甲醛含量可降低40%。溫度和濕度的影響主要取決於減少汙染源的擴散[5]。為了盡快釋放室內材料中的甲醛，應提高溫度和濕度。所以壹般在新裝修的房間裏烘烤，或者在室內放壹盆清水，都可以加速甲醛的釋放。要降低室內甲醛濃度，就要降低其溫度和濕度。這也是冬季室內汙染源甲醛釋放量減少的主要原因。
缺點:只是解決了汙染源甲醛釋放時間的問題，實際應用效果並不理想。
1.3植物凈化
美國國家空間技術實驗室的相關實驗[6]證明室內觀葉植物如吊蘭、蘆薈、仙人掌、虎尾花、芙蓉花等對甲醛有很好的吸收效果。所以在室內擺放以上植物，既美化了環境又凈化了空氣。然而，中國的測試基礎並不充分。初步試驗表明，它是有效的，但效果相當有限，遠不如通風獲得的效果明顯。
缺點:植物對甲醛的吸附能力相當有限，空氣輕度汙染時效果更好。在汙染嚴重的地方，也有植物因吸入汙染過多而死亡的報道。
總之，僅僅通過調節室內環境來降低室內甲醛濃度，並不能達到理想的效果，尤其是在甲醛釋放初期或者空氣甲醛汙染嚴重的場所。這些充其量只是凈化空氣的輔助手段。要真正解決空氣汙染問題，還需要采用空氣凈化技術。同時，調節室內環境治標不治本，並沒有從根本上解決汙染源問題。
2室內甲醛汙染控制技術
目前，國內外已經采用了很多方法來控制室內甲醛汙染，現在已經有壹些產品問世。室內甲醛汙染的空氣凈化技術可歸納為:物理吸附技術、催化技術、化學中和技術、空氣負離子技術、臭氧氧化技術、室溫催化氧化技術、生物技術、材料密封技術等。
2.1物理吸附技術
物理吸附主要是利用壹些具有吸附能力的物質來吸附有害物質，以達到去除有害汙染的目的，包括各種空氣凈化器。常用的吸附劑有顆粒活性炭、活性炭纖維、沸石、分子篩、多孔粘土礦、矽膠和近年流行的竹炭。索尼婭·阿瓜多等[7]發現沸石膜對室內汙染物甲醛、苯等有很好的去除效果。活性炭纖維是吸附劑中最引人註目的碳質吸附劑。蔡健等人[8]發現，在適當的條件下，用H2O2改性ACF可以提高甲醛的吸附性能。榮等[9]對改性聚丙烯腈(PAN)基活性炭纖維(ACF)的甲醛吸附性能進行了初步研究，發現經過PAN-ACF浸漬和後續熱處理後的樣品的甲醛吸附量明顯高於未處理的樣品。物理吸附技術的改進主要是尋找比表面積大、吸附和解吸速率更快的吸附劑，並與其他技術相結合。Sawada等人[10]在裝有活性炭的花盆中培育具有甲醛凈化性能的植物，其除甲醛效果優於純活性炭吸附。物理吸附也可以用在建築材料上。Kazunori等人[11]開發了壹種可生物降解的炭板，可在2小時內完全吸收20× 10-6甲醛，廢棄的炭板可生物降解。物理吸附富集能力強，無二次汙染物，簡單易推廣，對低濃度有害氣體有效。
缺點:物理吸附的吸附速度較慢，對新裝修數月的重汙染房間甲醛去除不明顯。吸附劑壹旦飽和，可能會隨著環境條件的變化重新釋放出吸附的異味物質，因此需要定期更換吸附劑。至於暴曬後可以脫附的說法，缺乏可信的科學數據。解吸需要特殊的設備。特別是當消費者使用活性炭或竹炭產品時，無法知道這類產品何時飽和，給消費者的健康消費留下了極大的安全隱患。說得好聽點，目前市面上的活性炭或竹炭產品有點像隱藏在妳身邊的“定時炸彈”，這也是很多這類產品在裝修後對房間除臭效果不佳的原因之壹。
2.2催化技術
催化技術以催化為主，結合超微過濾，保證多種有害惡臭氣體在常溫常壓下分解成無害無味的物質，變單純的物理吸附為物理化學吸附，無二次汙染。目前，這些產品中的壹些在市場上銷售。
缺點:靜電吸附在小空間內有效。如果用在空氣凈化器上，應該是未來產品發展的方向。
納米光催化技術是近年來發展起來的壹種空氣凈化技術。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。該技術在紫外輻照下大氣汙染控制中的應用越來越受到重視，已成為大氣汙染控制技術的研究熱點。為了提高甲醛的降解率，對其反應的影響因素進行了壹系列的研究。二氧化鈦光催化降解甲醛的動力學研究表明，甲醛的光催化降解遵循壹級反應動力學規律，反應速率受反應物濃度控制，光催化反應受表面化學反應控制[12]。當甲醛濃度低於10 mg/m3時，在紫外光照射下可被TiO2 _ 2完全降解，在較高濃度下可被氧化成甲酸[13]。Stevens等人[4]的實驗表明，在紫外光照射下，納米TiO2光催化反應器對低濃度甲醛的去除率為100%，而在太陽光照射下，凈化效率僅為35%。錢瑜等[14]研究了納米TiO _ 2光催化降解空氣中甲醛的效果，發現TiO _ 2負載在無紡布和鎳網上的效果優於負載在玻璃纖維布上的效果；添加適量的活性炭可以明顯提高甲醛的光催化降解率；當矽酸鈉作為粘結劑時，可以有效提高甲醛的光催化降解率。此外，許多學者不斷開發新的方法，在硼矽酸鹽玻璃表面塗覆壹層溶膠-凝膠TiO2薄膜對室內甲醛的去除有很好的效果。在1.56 mW/cm2的UVA照射下，最大反射率常數為0.148min-1[15]。劉等[16]采用溶膠-凝膠法在玻璃和多孔陶瓷表面制備了均勻透明的摻鈰納米TiO2薄膜，發現其在近紫外光下的吸光度明顯提高，對甲醛有很高的光催化降解率。楊洋等人【17】用納米TiO2 _ 2制備了壹種完全不含有機物的水性塗料，塗在內壁上能長時間有效分解有害氣體。在實際應用中，可見光比紫外光更容易獲得。通過將Fe-TiO2光催化劑與光催化抗氧化矽酸鉀粘結劑復合，可得到壹種在普通熒光燈環境下能有效永久降解甲醛的復合建築塗料[18]。
催化技術可與物理吸附技術或其他技術相結合，效果更佳。催化技術與物理吸附技術相結合，可以為催化技術提供高濃度的反應環境，催化技術可以降解甲醛和再生吸附劑。納米二氧化鈦光催化劑與壹些氣體吸附劑(沸石、活性炭、二氧化矽等)結合。)能在弱紫外光的激發下有效降解低濃度有害氣體。侯以寧等[19]研究了TiO _ 2-活性炭纖維混合物凈化室內甲醛汙染，發現TiO _ 2-ACF混合物的效果優於單獨使用TiO _ 2或ACF，當TiO _ 2 TiO _ 2-ACF的質量比為1:0.5時，甲醛的去除效果最好。Fumihide等人[20]將光催化技術與使用活性炭的連續吸附和解吸技術相結合，發明了壹種改進的光催化反應器，該反應器可以在90 min內將10 m3的密閉室內低於1 mg/m3的低濃度甲醛降解至世衛組織標準(0.1 mg/m3)以下。稀土活化空氣凈化材料結合化學吸附、物理吸附、光催化等多重催化技術，實現對甲醛的持久凈化[21]。張增峰等[22]對低溫等離子體-催化去除室內甲醛進行了研究，發現在室溫、常壓和介質阻擋放電條件下，等離子體技術的甲醛去除率隨電壓的增加而增加，填充比表面積大的介質球有利於甲醛的去除，二氧化鈦在等離子體氣氛中可以產生催化活性。催化技術與其他技術相結合，可以優勢互補，達到更好的凈化效果。
催化技術具有反應條件溫和、能耗低、二次汙染少等優點，可以在常溫常壓下氧化分解結構穩定的有機物。壹般室內甲醛濃度較低，在房間、玻璃、陶瓷等建築材料表面塗覆TiO2薄膜或放置TiO2空氣凈化設備可以有效降解甲醛。但需要納米TiO2 _ 2和紫外線照射，有經濟和技術上的局限性，尚未進入大規模使用和推廣階段。近期研究發現，納米二氧化鈦和納米銀復合的納米塗層對紫外光的依賴性較小，即使在可見光照射下也能起到除臭的作用，同時具有殺菌防黴的效果，值得期待。
2.3化學中和技術
化學中和技術壹般是利用絡合技術破壞甲醛、苯等有害氣體的分子結構，中和空氣中的有害氣體，然後逐步消除。目前專家已經研發出各種除臭劑和甲醛清除劑，都屬於這種技術產品。這項技術最好結合裝修工程使用，可以有效降低人造板中的遊離甲醛。國內好的產品有甲醛、漆伴、漆伴，完全可以解決汙染源問題。經檢測，處理後的板材甲醛釋放量可降至0.3mg/l以下，遠低於E0級板材的排放標準。
缺點:需要專業施工，最好在裝修或家具制作過程中使用。壹般消費者缺乏先防意識，裝修後成本相對較高。是治理汙染的必備產品。
2.4空氣負離子技術
主要選用具有明顯熱電效應的稀有礦物石為原料添加到墻體材料中，與空氣接觸時電離空氣和空氣中的水分產生負離子；可以發生極化，向外放電，可以凈化室內空氣。市面上銷售的“綠諾空氣離子寶”就屬於這種產品。金宗哲等【23】研究表明，稀土活化電氣石可以凈化95%以上的甲醛，它將負離子技術與物理吸附、化學吸附技術相結合。負離子技術還可應用於建築材料，如負離子塗料，能持續中和降解室內汙染源持續釋放的負離子和有害氣體(正離子)，能長時間去除甲醛。馮等[24]應用天然礦物的改性活化技術和納米稀土活化技術，開發出壹種健康環保的建築內墻塗料，不僅具有優越的常規性能，而且集無汙染、抗菌、防黴、遠紅外輻射、釋放負離子等有益於人體健康的功能於壹體。該塗料僅在可見光的激發下就能產生大量負離子，使室內負離子數量增加200 ~ 400個/cm3。負離子發生器也可以用來直接產生負離子。
缺點:負離子除塵效果好於異味去除效果，尤其是帶正電荷的煙塵和異味物質，但對異味的氧化分解能力有限，低濃度汙染效果更好。可用作輔助除臭產品。
2.5臭氧氧化法
臭氧與極性有機化合物如甲醛反應，導致不飽和有機分子破裂，使臭氧分子與有機分子的雙鍵結合，生成有臭味的氧化物，從而達到分解甲醛分子的目的。王耀珠等[25]發現低濃度臭氧(紫外燈照射)對甲醛氣體的凈化率為0.050 ~ 0.075 mg/m3，甲醛濃度為3.03 ~ 8.70 mg/m3。5分鐘後，臭氧對甲醛的凈化率為41.74%。臭氧發生器具有殺菌、消毒、除臭和分解有機物的能力，但臭氧法凈化甲醛的效率較低，臭氧易分解且不穩定，可能產生二次汙染物。
缺點:臭氧本身也是空氣汙染物，國家也有相應的限值標準。其致癌性和急性毒性甚至強於甲醛。臭氧量控制不好，會適得其反。
2.6室溫催化氧化法
又稱冷催化法，主要是利用壹些貴金屬特殊的催化氧化性能，將室內汙染物轉化為CO2和H2O。常用的載體有氧化鋯、氧化鈰、二氧化矽、活性炭、分子篩等。常用的貴金屬有鈀、鉑、銠、釕、銥。近年來，日本對低溫催化劑進行了深入研究，壹系列專利問世。Yushika等人[26，27]研制的空氣凈化器中含有氧化錳成分(MnO2 _ 2為77%)，對新裝修房屋的甲醛去除有HCOOH作用。在7個多月的時間裏，新建房屋室內甲醛從0.21× 10-6下降，未發現危害。
缺點:價格昂貴，不能解決汙染源問題。只能作為輔助除臭手段。
2.7生物技術
有機廢氣的生物凈化是微生物利用有機物作為其生長的碳源和能源，將其氧化降解為無毒無害的無機物的方法。李小梅等[28]實驗表明，通過篩選培養接種合適的微生物菌種制成的生物膜填料塔，對入口濃度小於20 mg/m3的甲醛廢氣具有良好的凈化效果，凈化效率達90%以上。凈化操作時，保持液體噴淋量在20 L/h有利於凈化。Masaki等人[29]的研究表明，生物酶具有降解甲醛的潛力。該方法操作簡單，運行成本低，無二次汙染，在歐洲應用廣泛，並已工業化。
缺點:生物活性溫度壹般為10 ~ 40℃，因此室內溫度必須保持在特定微生物的活性溫度範圍內，限制了其應用。目前距離產業化投放市場還有很長的路要走，選用的菌株需要經過嚴格的生物安全性鑒定。
2.8材料密封技術
針對各種人造板中的甲醛，專家們研發了壹種密封材料，叫做甲醛密封劑，用於密封家具和人造板中的甲醛氣體。雙泉科技的研究人員發現，油漆的漆膜對人造板中的甲醛有很好的封閉作用。用三底三面漆塗刷後，甲醛釋放量可減少90%以上，具有封閉甲醛的作用。我國規定E2級人造板不能直接用於室內裝修或家具制作，但經過飾面處理(如三聚氰胺)後可用於生產實驗臺、電腦桌、書桌或櫥櫃等辦公家具。經過飾面處理後，它們還能起到很好的封閉甲醛的作用，美化人造板的外觀。但在制作家具或櫥櫃的過程中，總會出現新的斷面或釘孔等。，而封閉的甲醛會從這些邊緣密封不嚴的縫隙中不斷釋放到環境中，造成環境空氣中的甲醛汙染。
缺點:只封閉不吸收不分解，治標不治本。這也是為什麽家具經過油漆處理後釋放的甲醛會持續十幾年，長時間低濃度的甲醛汙染更嚴重的原因之壹。
3結論
隨著國家環保法規的日益嚴格和環保意識的根深蒂固，室內甲醛汙染的控制和治理越來越受到重視。國內外已經有很多針對甲醛汙染的空氣凈化技術在實踐中得到應用，同時也在不斷研究各種新的方法和技術。其中，納米光催化技術是空氣凈化技術研究的發展趨勢。同時，由於每種方法都有各自的優缺點，根據實際情況選擇合適的技術，尤其是多種技術的結合，可以有效地控制和治理室內甲醛汙染。近日，獨秀科技最新推出壹款多功能花卉除臭劑，以仿真工藝花卉為載體，結合了納米光催化分解技術和活性炭、竹炭的物理吸附技術。仿真花的立體結構不僅美化了環境，凈化了心靈，還增加了與氣流的接觸面積。獨秀科技提出可分解去除的氣味分解去除(通過納米銀鈦花)。不能分解去除的，會通過吸附(花盆裏的復合吸味劑)去除。難能可貴的是，復合吸味器中直接內置了變色檢測器。壹旦氣味吸收劑飽和，它將從紅色變為灰蒙蒙的顏色，以提示其更換。並且，獨秀科技將通過專門的設備和技術對復合異味吸收劑進行回收和解吸，保證其有效去除異味。這種高科技和產品，對於解決我國室內空氣中甲醛汙染問題，值得期待。
總之，要解決室內空氣中的甲醛汙染問題，首先要解決汙染源，通過物理或化學手段，盡可能減少汙染源對生活環境的甲醛釋放，然後輔助采用壹些光催化、物理吸附的綜合治理技術和產品，達到理想的治理效果。