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室内甲醛污染分析及治理研究

2020-01-14 来源:步旅网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第21卷第3期 2007年3月 化工时刊 Chemical Industry Times VoI.21,No.3 Mar.3.2007 室内甲醛污染分析及治理研究 刘 宇 高振华 顾继友 (东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040) 摘要装修污染室内环境是不可避免的,了解掌握基本的环保知识,减少室内甲醛污染对人体的危害,就显得尤为 重要和迫切,简要概述了室内甲醛释放的来源,介绍了防治甲醛危害的途径,并对其日后的治理方向进行了展望。 关键词 甲醛室内空气装饰材料室内污染 Analysis of Indoor Formaldehyde Pollution and Diposal Review Liu Yu Gao Zhenhua Gu Jiyou (Material Science and Engineering College,Northeast Forestry University,Heilongjing Harabin,150040) Abstract The indoor environment is inevitably polluted by fitment,therefore understndiang the basic environmental protection knowledge and reducing the harm of the form ̄dehyde pollution to the human body in the room are very important nd urgent.The ̄rmaldehyde releaase origin and the methods of controlling formaldehyde harm were introduced and the fu- ture diposal direction Was forecasted. Keywords formaldehyde indoor air decorative material indoor pollution 室内甲醛污染的来源及危害 通过广泛调查研究,认为室内污染物主要有以下 3个方面:①有毒、有害化学物质,例如:苯、甲苯、甲 醛、氨等物质;②放射性物质,如:含有超剂量放射性 物质的花岗岩、大理石、粉煤灰砖等等;③生物性物 质,如地毯中寄生的微生物,厨房、浴室、墙壁在潮湿 环境下生长的霉菌等…1。经认真分析,装饰用人造 板、胶粘剂、涂料等材料中包含的有毒化学物质甲醛 是主要污染物质。 长期接触低浓度甲醛气体,可出现头痛、头晕、乏 力、视力障碍等不良反应。室内甲醛浓度较高时,可 引起恶心、呕吐、以及对神经系统、免疫系统、肝脏等 剖析、分离和干燥,这就使木材本身的结构遭到破坏, 进而产生甲醛,并向外界逸出,尤其在室内的湿、热条 件下甲醛的释放会更为严重。 (2)固化后脲醛树脂的醚键不稳定易发生断裂释 放甲醛 人造板材最常用的胶粘剂是脲醛树脂胶粘剂,脲 醛树脂在胶接固化过程中,由于生成了不稳定的醚 键,在外界条件,如水等极性物质的作用下就会发生 断裂产生游离甲醛,所以在脲醛树脂固化过程中,如 果醚键的含量很多,游离甲醛的生成量就会随之增 加,对环境的污染也会加重L3、4J。 (3)羟甲基在固化反应中也会因化学反应而释放 游离甲醛 产生毒害,是引起不良建筑物综合症(SBS)的罪魁祸 首[2l。 脲醛树脂固化后,由于体系中仍含有大量的活性 基团,如:一OH、一NH2等,因此胶联反应仍在进行 中,当两个活性的羟甲基相互发生反应时,此时生成 的甲醛就会释放污染环境。 (4)胶液中会有很多未参加反应的游离甲醛释放 (人造板甲醛释放主要来源) 室内甲醛污染主要来源于建筑材料,装饰材料及 家具制品。概括起来主要有以下几个方面: (1)木材本身在室内湿热的条件下会释放甲醛 在制造人造板装饰材料过程中必须对木材进行 收稿日期;2007一Ol一3o 作者简介:刘宇(1982~),男,硕士生。E—mail:liyu114@sohu.corn 一72一 维普资讯 http://www.cqvip.com 刘 宇等室内甲醛污染分析及治理研究 有机反应多为可逆反应,因此脲醛树脂在合成过 程中,由于反应的不充分,就会有很多的未参加反应 的甲醛剩余,此时的脲醛树脂中一羟基脲含量很多, 二羟基脲的含量很少,这对日后的胶接及游离甲醛释 放都会有很大的影响,是人造板装饰用过程中,主要 的甲醛释放来源。 (5)在板材预压过程中由于是面接触,从表板到 2007.VoI.21,No.3■蟹墨雹 质的量比为1.3—1.5[m],但有专利报道,通过对脲醛 树脂合成工艺的改进,采用4次加入尿素的投料方 式,前两次加入尿素时F/U物质的量比大于或等于 2,这样F/U物质的量比完全能满足加成反应阶段生 成足够多的二羟甲基脲的要求。再根据化学平衡移 动原理,尿素4次加入有利于甲醛更彻底的转化,使 最终树脂中甲醛的含量降至最低。通过采用该工艺, 板芯存在温度差,所以板芯处的脲醛胶固化不充分会 有大量的甲醛释放L5 J。 由于存在温度差的缘故,高温处树脂固化速度 快,固化效果好,而在温度较低的板芯处,由于温度的 影响,脲醛树脂的线形体系很难在充裕的时间内固化 成体形体系,又由于温度对树脂降解的影响也同时存 在,温度越高树脂的降解速度也越快,游离甲醛的释 放量也就随之增加E6]。 (6)人造板长时间使用时在水分、温度、日光等作 用下脲醛胶会发生降解释放甲醛。 由于脲醛树脂的耐水及耐老化性很差,在光照, 水分等催化作用下有可能发生结构上的降解,此时就 会有甲醛生成污染室内环境。 据统计,装修后30—6 X 30 d内,甲醛超标率居室 内达80%,装修3 a后,超标率仍达50%以上L7J,这直接 影响到人们的身体健康,世界各国对此都非常关注。 日里醛 堕渔 由于甲醛的释放期比较长,一般为3—15 a J,因 此,甲醛污染的长期性和隐蔽性给其防治带来了很多 困难 J。目前,缓解室内甲醛污染的途径主要有两 种,一是采用低F/U物质的量比的脲醛树脂固化胶 接人造板,从根源上降低游离甲醛的释放量。二是采 取氧化、吸附等措施,将人造板l中散发出来的甲醛气 体分解、吸收掉,进而提高室内空气质量。 2.1前期防治措施 (1)应用低F/U物质的量比的脲醛树脂胶 树脂中游离甲醛含量随着F/U物质的量比降低 而减少。一般当F/U物质的量比降到为1.1左右时, 树脂游离甲醛含量可降至0.2%以下。但是过低的 F/U物质的量比不利于合成高质量的脲醛树脂,这是 因为在根据脲醛树脂的反应机理,原料甲醛的物质的 量应该大于尿素,反应时才能生成足够的二羟甲基 脲,为树脂化打下基础。工业上控制尿素与甲醛的物 以生产出F/U物质的量比为1.1:1的E。级刨花 板El0]。 (2)应用改性的脲醛树脂胶 由于脲醛树脂本身的结构特征,分子中还有大量 的未参加反应的羟甲基。它具有很强的亲水性,在酸 性条件下可继续发生交联反应,并且易水解释放甲 醛。为此,必须根据不同的目的,添加不同的改性剂, 对脲醛树脂进行改性。常用的改性剂有三聚氰胺、聚 乙烯醇、苯酚、氧化淀粉、硫脲等。这些改性剂与尿 素、甲醛发生共缩聚反应,不但可以有效地降低脲醛 树脂中游离甲醛含量,还可以改善树脂的某些缺陷 (如:改善内应力、提高耐老化性等),提高其胶接产品 的力学性能。根据情况,这些改性剂可以单独使用也 可复合使用El0]。目前从生产实践角度探究,三聚氰 胺与聚乙烯醇复合改性剂在使用过程中应用广泛,该 复合改性体系在明显降低脲醛树脂游离甲醛释放的 同时,树脂的耐水、耐老化性也得到明显提高。 (3)脲醛树脂中加入尿素、树皮粉等甲醛捕捉剂 甲醛捕捉剂又可以称除臭剂或甲醛结合剂,在一 定条件下能与甲醛产生化学反应生成另一种稳定的 新物质或者将甲醛吸收。这是一种行之有效的方法, 对降低脲醛胶中的游离醛含量和降低胶合制品甲醛 释放量都有明显效果El0]。甲醛捕捉剂常用的有尿 素、苯酚、聚乙烯醇、树皮粉、血粉、面粉等。尿素是应 用最为普遍的一种,脲醛树脂在合成的后期,加入尿 素的主要目的就在于吸收树脂中剩余的甲醛,从而最 终控制脲醛树脂的甲醛释放。甲醛捕捉剂的加入大 大降低了成品树脂中游离甲醛的含量,使脲醛树脂胶 粘剂无论在使用过程中还是在所制得的板材使用中 对环境和人体的危害程度明显降低。 (4)使用固化优良的催化剂 通常脲醛树脂成品的pH值是在7.0—9.0之间, 由于脲醛树脂胶只能在酸性条件下固化,因此在脲醛 树脂的实际使用过程中都要加入一定量的固化剂,固 一73— 维普资讯 http://www.cqvip.com ■目圆2007.Vo1.21,No.3 论文综述(Ovewiew of Thesises) 质[15]。达到室内空气净化的目的。光催化氧化法尽 管是一种很好的甲醛吸收方法,但在应用时具有很大 的局限性。即只能利用太阳光、荧光灯中含有的紫外 化剂体系对脲醛树脂的固化有着显著影响,固化剂的 施用。大大加快了脲醛树脂的固化速度,降低了脲醛 树脂中的游离甲醛释放,提高了固化后树脂的胶接强 度。脲醛树脂传统固化剂为氯化铵,其固化机制是通 过氯化铵与树脂中的游离甲醛反应,形成酸性物质进 光源。此外。光催化氧化法的选择性也很差,当甲醛 浓度较低时光催化反应速率慢-l 。 而促进树脂固化。 (5)对人造板进行后期处理 由于游离甲醛可以看成是一种弱酸,人造板在使 用过程中,胶接处经过氨液或尿素溶液处理后,可以 看成是发生了酸碱的中和反应,在一定程度上对游离 甲醛的释放起到抑制作用。此外,封边、贴膜等工艺 的采用,也大大降低了人造板在装饰、装修过程中的 甲醛释放污染。 2.2后期防治措施 关于人造板后期使用过程中的甲醛污染防治目 前主要有以下几种办法: (1)臭氧氧化法 臭氧氧化是最早开始研究治理室内甲醛污染的 方法。它的作用机理是利用臭氧具有的强氧化性,将 甲醛氧化分解为无毒的CO2和N20的过程,研究证 明臭氧对室内空气中其他污染物(如:苯、甲苯等)去 除效果较好,但对甲醛的去除效果不明显-l 。 (2)吸附法 吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要 靠分子间作用力,将吸附质简单的附着在吸附剂表 面。而化学吸附则是吸附质和吸附剂之间形成了新的 化学键。吸附法治理室内甲醛污染主要靠化学吸附, 因此,吸附剂的物理化学性质就显得尤为重要-l 。 目前用于吸附甲醛的吸附剂以炭材料为主,其吸附机 理是通过溶剂浸泡、氧化等手段,活化增加炭表面的 亲水性基团,进而有效吸收室内的游离甲醛,降低污 染。应用活性炭作吸附剂时,室内甲醛含量有所降 低[ 引,但治理程度还远远不够,有待进一步改进。 (3)光催化氧化法 近年来,有些学者也利用光催化氧化法进行室内 空气甲醛污染的治理,其主要吸收材料为TiO2和活 性炭纤维(或分子筛等)的混和物,该混和物受紫外 光、氧气、水蒸气的作用,首先在催化剂表面形成高活 性的吸附自由基0和ON,然后依靠多孔材料的吸附 和富集功能,提高催化剂周围的甲醛浓度,最后将甲 醛等有机物分子降解为CO2和N20等无机小分子物 (4)金属氧化物法 常温大气中,通常金属氧化物表面吸附有水,多 数情况下最终解离生成羟基,表面羟基作为酸或者碱 在吸附和催化反应中具有重要作用,可以发生各种表 面反应[19]。目前,金属氧化物法实验用甲醛吸收剂 为二氧化锰及活性炭的混和物,有资料表明二氧化锰 在酸性条件下氧化性最强,可以将甲醛等有机物氧化 分解成无毒的小分子物质。金属氧化物法在治理室 内甲醛污染时具有很多优点,如:反应条件温和、操作 简便、去除效果好等。但现在对此方法还没有进行深 入的研究。反应机理还不是很明确,虽然活性炭对二 氧化锰的结块有一定的分散作用,但与甲醛的接触面 积不大,影响反应速度。总之,金属氧化物法正处于 研究初期。还有大量的工作需要做-20 J。 (5)负离子法 负离子被喻为空气维生素,负离子法治理室内污 染是利用一种带正、负电的物质,不断的把空气中的 水转变成负离子水,负离子水具有清除甲醛,苯等有 机物的功能。负离子发生技术主要有:电晕放电、水 发生和放射发生3种,其中前两种应用较为广泛。负 离子法净化空气尽管对人体健康有益。但是所产生 的负离子存在时间较短,仅能清除5倍以下的空气污 染[ 。 日 缉 要做好室内甲醛污染防治使其达到无公害标准, 除上述列举的两类主要途径外,还可以兼顾采取以下 几种辅助措施: (1)应根据建筑的使用功能优化设计方案,在满足 质量要求的前提下,室内通风设计要达到风量需求。 (2)室内装修选材时应多选用无机材料(如:玻璃 等)或选用符合有害物质限量标准的材料,尽量不选 择带有刺激性气味的有机材料。 (3)工程竣工后。要进行一段时间通风和换气减 少室内污染物的含量,一般需要30—90 d左右-l 。 (4)定期对室内环境污染状况进行检测。 维普资讯 http://www.cqvip.com

刘 宇等室内甲醛污染分析及治理研究 2007.Vo1.21,No.3■墨圆 口煎量 垦望 近年来,国内外学者根据绿色植物对有机气体有 选择性吸附的特性,对室内主要有机污染气体的植物 吸附开展了广泛研究,取得了可喜进展。研究表明, 王琨,李文朴,欧阳红,等.室内空气污染及其控制措 施的比较研究[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(4): 41~44 田世爱,于自强,张宏.室内甲醛污染状况调查及防治 措施[J].洁净与空调技术,2005,(1):41—44 Virate B,Srisuda S,Wrtvut T.Pretmration ofactivated carbon 若在室内按每l0 m2摆放一盆抗污染植物,就足以保 from cofee residue for the adsorption of formaldehyde[J J. 证室内空气质量令人满意[ 。总之,我们有理由相 Separation Pudfication Technology.2005,42(3):159~168 信,随着人们健康意识的提高,国家控制室内污染法 蔡健,胡将军,张雁.改性活性炭纤维对甲醛吸附性能 律的健全,以及低毒装饰材料、胶粘剂、涂料等的开发 的研究[J].环境科学与技术,2004,27(3):16~19 应用,室内空气污染问题必将得到合理有效的解决。 Blaze wicz S,Sw iatkowskiA,Trznadel B J.The influence of heat treaan ent on acitvated craobn struciure and porosity[JJ. 参考文献 Carobn 1999,(37):693~700 [1]燕翘,王建军,王长发,李连壁.家具及装饰用胶对室内 Rong H Q,Ryu Z Y,Zheng J T.,et a1.Ilfnuence of heat 环境的影响[J].粘接与环保,1teraan ent of rayon——based activated carbon fibers on the ad-・ I1 = L1 =I L1 =I 999,2o(4):n 1 29~31L1 =  L1 =I L1 =I L1 =I L1=I ,‘,‘ [2]胭忠芳,袁陈敏r=1 .甲醛与人体健康[J].环境与健康杂 们 sorption of formaldehyde[J].Co引 lloid and Interface Se『=1i - 志,1993,10(1):46~48 ence.2003,261:207~212 [3]胡志鹏.室内装饰装修用胶粘剂存在的问题和市场发 Ao C H.Lee S C.Combination effect of activated cabon witlI 展[J].中国胶粘剂,2004,13(5):31~33 Tj02:for the photodegradation of binary pollutants at typical [4]顾继友,朱丽滨,高振华,韦双颖.低甲醛释放脲醛树脂 indoor air level[J].Photochrm istry and Photobiology.2004, 固化反应机理研究[J].科学技术与工程,2003,3(5):514 161:131~140 ~515 Ao C H,Lee S C.Enhancement efect fo Ti02.immobilized on [5]顾继友,朱丽滨,韦双颖.脲醛树脂固化体系研究[J]. activated carbon fiher for the photodegradation of polltnats at 中国胶粘剂,2004,(2):1~9 typical indoor air level[J】.Ap ed Catlaysis.2003,4:191~ [6] 时君友.三聚氰胺改性脲醛树脂的研究[J].木材工业, 200 2003,(6):10~15 龚其一,刘永华,周跃生,等.装饰材料引起室内VOC [7] 田世爱,等.室内甲醛污染状况调查及防治措施[J].洁 污染的防治[J].重庆建筑大学学报,2006,28(4):162~ 净与空调技术,2005,(1):41~44 128 [8]王诗行,赵文奎,等.关于室内甲醛和氨的污染状况调 王文超,周仕学,等.室内甲醛污染治理技术的研究进 查[J].北方环境,2004,29(3):4~6 展[J].环境科学与技术,2006,29(9):106~170 [9] 龚其一,郭静.建筑装修材料导致室内甲醛污染的预评 谢照亮,张兆年.讨论装修污染室内环境的机制与治 价研究[J].住宅科技,2006,(9):51~55 理[J].环境科学与技术,2006,29(s1):153~155 [1O]丁著名,范华.低毒脲醛树脂胶粘剂的研究进展[J]. 贾云,刘火安.室内空气污染治理现状[J].重庆科技 化工技术与开发,2004,33(4):22~25 学院院报,2005,6(2);58~62 常州卡特公司“生物柴油产业化开发"项目通过鉴定 2007年2月1 13,常州市卡特石油制品制造有限公司“废弃动植物脂生产生物柴油产业化开发”项目,通过 了由中国石油和化学工业协会组织的部级技术成果鉴定。参与鉴定的专家认为,常州卡特公司生物柴油产业 化开发项目填补了江苏省空白,达到国内领先水平。 经过一年多的研发,常州市卡特石油制品制造有限公司拥有自主知识产权的生物柴油于2006年6月成功 走下生产线,目前已形成13产100 t的能力。常州卡特公司这项产品的问世,不仅为国内众多餐饮企业的地沟 油找到很好的归宿,其地沟油转化率高达近95%,而且尾气排放标准优于零号柴油,使用后可减少城市的污染 总量。 (沈镇平) 一75一 2 

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