（环境科学专业论文）青茶茶叶吸附甲醛速率的研究.pdf

青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 率。5 0 9 的茶叶样品，吸附p 值为4 7 8 ，干燥后( 水分减少3 2 9 ) 吸附p 值为 2 2 4 ，吸湿后( 水分增加4 4 9 ) 吸附p 值最高为1 1 6 5 ；只有在同时具有含水率 和多酚物质含量的情况下，茶叶才具有最高的吸附甲醛速率，缺少其中之一都降 低茶叶吸附甲醛的速率，缺少水分的样品吸附p 值为5 9 l ，缺少多酚物质的样品 吸附p 值为3 1 5 ，具备一定水分及多酚物质的样品吸附p 值最高为8 3 0 。 第三，在研究的环境条件下，茶叶吸附甲醛速率低于沸石、硅胶、竹炭、颗 粒活性炭及粉木活性炭，但是在考虑材料价格等经济因素的情况下，茶叶副产品 及脚料有显著的经济适用性，同时具有技术实用性。 第四，在密闭舱内甲醛浓度高于0 0 5 p p m 的情况下，气流可以显著提高茶叶 吸附甲醛速率，但是在低于0 0 5 p p m 时，气流对茶叶吸附甲醛速率影响不大。 通过该研究，提供利用茶叶作为吸附材料吸附净化室内甲醛污染可行性分析 的基本依据，并为进一步的相关研究提供基础数据。 关键词：青茶茶叶；甲醛；吸附；速率；室内空气质量 a b s t r a c t r e s e a r c ho nf o r m a l d e h y d e a d s o r p t i o nr a t eo f o o l o n g t e a m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：x up e i y u a n s u p e r v i s o r ：z h a n gs h u j u a n a b s t r a c t b yu t i l i z i n gr e s i d u e sa n dd e f e c t i v ep r o d u c t sf r o mo o l o n gt e aa sa d s o r b e n t ， r e s e a r c ho ni n f l u e n c e so ft e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y , c h a r a c t e r so ft e aa d s o r b e n ta n da i r c u r r e n to nf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo ft e aa d s o r b e n t a n dc o m p a r a t i v er e s e a r c h o nf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t e ，e c o n o m i c a la n dt e c h n i c a lf e a s i b i l i t yo ft e aa d s o r b e n t a n do t h e ra d s o r b e n t ss u c ha sg r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o n ，p o w d e ra c t i v a t e dc a r b o n ， b a m b o oc a r b o n ，s i l i c ag e la n dz e o l i t e p l a c ec e r t a i nw e i g h to ft e aa d s o r b e n tp a c k e di nr e t i c u l a rb a g si na i r p r o o fc a p s u l e m a d eo fg l a s ss t a t i c a l l y u t i l i z ef o r m a l d e h y d ea n a l y z e rw h i c hm a n u f a c t u r e db y i n t e r s c a nc o m p a n yt om o n i t o rf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o no fa i r p r o o fc a p s u l ei n r e a lt i m e f o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nc u r v ew a sf i t t e db yf i r s to r d e re x p o n e n t i a l d e c a yf u n c t i o n b ya n a l y z i n gt h ep a r a m e t e r so ff o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nc u r v e ， c h a r a c t e r so fa d s o r p t i o nr a t ew h i c hw a si n f l u e n c e db yf a c t o r ss u c ha st e m p e r a t u r e ， h u m i d i t y , c h a r a c t e r so fa d s o r b e n t sa n da i rc u r r e n tw e r er e v e a l e d p a r a m e t e r so f f o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nc u r v ew e r ea l s om a t h e m a t i c a lt r e a t e d ，a n dv a l u ep w h i c h i sp o s i t i v ep r o p o r t i o n a lt oa d s o r p t i o nr a t ew a su t i l i z e dt or e f l e c ta d s o r p t i o nr a t eo f r e s e a r c ho nf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo fo o l o n gt e a d i f f e r e n ta d s o r b e n t si nd if f e r e n tc o n d i t i o n s t h i sr e s e a r c hr e v e a l st h a t ，f i r s t l y , i nt h er a n g eo ft e m p e r a t u r e ( 1 6 c - - - 3 3 c ) a n d h u m i d i t ) ( 35 10 0 ) t h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yd r a m a t i c a l l y a c c e l e r a t ea d s o r p t i o nr a t eo ft e aa d s o r b e n t u n d e rs e t t i n gf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o n ， 5 0g r a m so ft e aa d s o r b e n tc o n s u m e15 30m i nt od e c r e a s ef o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o n b y9 0 i nl o wt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yc o n d i t i o n ( 17 7 ，4 7 4 ) w h i l eo n l y c o n s u m e2 3 0m i ni nh i g ht e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yc o n d i t i o n ( 3 3 1 ，8 2 5 ) s e c o n d l y , w h i l ep a r t i c l es i z eo ft e aa d s o r b e n tv a r y i n gi ng r a d eo f10 3 m ，t h i s v a r y i n ga f f e c t sf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo ft e aa d s o r b e n ts l i g h t l ya n di r r e g u l a r l y i nt h er a n g eo fr e s e a r c h ，m o i s t u r ec o n t e n to ft e aa d s o r b e n td r a m a t i c a l l ya c c e l e r a t e si t s f o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t e 5 0g r a m so ft e as a m p l e ，i nn o r m a lc o n d i t i o n , i t sv a l u ep i s4 7 8 ，w h i l ei t sv a l u epi s2 2 4a f t e rd r y i n gp r o c e s s ( 1 0 s s3 2 9w a t e rc o n t e n t ) a n d 1 1 6 5a f t e rm o i s t e np r o c e s s ( g a i n4 4 9w a t e rc o n t e n t ) a n do n l yu n d e rt h ec o n d i t i o n t h a tt e aa d s o r b e n tc o n t a i n sc e r t a i nm o i s t u r ec o n t e n ta n dp o l y p h e n o lc o m p o u n d s ，t e a a d s o r b e n ts h o w st h eh i g h e s tf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t e l a c k i n go fm o i s t u r e c o n t e n to rp o l y p h e n o lc o m p o u n d sw i l ld e c r e a s et h ea d s o r p t i o nr a t e t h ev a l u epo ft e a s a m p l ew h i c hl a c k so f m o i s t u r ec o n t e n ti s5 9 1 t h ev a l u epo f t e as a m p l ew h i c hl a c k s o fm o i s t u r ec o n t e n ti s 5 91 a n dt h ev a l u epo ft e as a m p l ew h i c hc o n t a i n sm o i s t u r e a n dp o l y p h e n o lc o m p o u n d si st h eh i g h e s t 8 3 0 t h i r d l y , u n d e rt h i sc o n d i t i o n , f o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo ft e aa d s o r b e n tw a s l o w e rt h a nz e o l i t e ，s i l i c ag e l ，b a m b o oc a r b o n ，g r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o n ，p o w d e r a c t i v a t e dc a r b o n h o w e v e r , t e aa d s o r b e n ts h o w sm o s te c o n o m i c a la n dt e c h n i c a l a d v a n t a g e s f o u r t h l y , w h e nf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nw a sh i g h e rt h a n0 0 5p p mi nt h e a i r p r o o fc a p s u l e ，a i rc u r r e n td r a m a t i c a l l ya c c e l e r a t ef o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo f t e aa d s o r b e n t h o w e v e lw h e nf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nw a sl o w e rt h a no 0 5p p m ， a i rc u r r e n ts h o w sl i t t l ee f f e c t so nf o r m a l d e h y d ea d s o r p t i o nr a t eo ft e aa d s o r b e n t t h i sr e s e a r c hp r o v i d e s 、析t hf e a s i b i l i t y a n a l y s i so fu t i l i z i n gt e am a t e r i a l sa s i v a b s t r a c t a d s o r b e n tt oc l e a ni n d o o rf o r m a l d e h y d ep o l l u t i o na n df o rf u r t h e rr e l a t i v er e s e a r c h e s k e 硼- o r d s ：o o l o n gt e a ：f o r m a l d e h y d e ；a d s o r p t i o n ；r a t e ；i n d o o ra i rq u a l i t y v 原创性声明 论文原创性声明 本入郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 呀，柚， 醐：伽夕年弘日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 翩繇够即 日期：2 扩7 年夕月汐目 第1 章绪论 1 1 选题背景 第1 章绪论 很多人都知道大气污染破坏地球的生存环境，威胁人们的健康生活。但是很 少人知道室内空气污染同样严重危害人们的环境、健康与生活。直到上世纪6 0 年代末期，人们的焦点依然在大气污染，认为户外空气的恶化是人们健康受到威 胁的主要原因。从上世纪7 0 年代开始，美国科学家最早开始探究室内工作环境 下患病者的病因。美国环境保护署研究表明室内某些空气污染物的浓度要高出室 外数倍，数十倍，甚至可能达到上百倍。 在过去的几十年间，人们受到室内污染物的影响越来越深刻，主要是由于建 筑越来越追求节能而提高了气密性，降低了通风率；各种合成的建筑材料及装饰 材料的广泛使用；化学配方的个人护理用品，杀虫剂，印刷油墨及家居清洁剂的 广泛使用。这使得室内空气污染越来越严重。 室内空气质量的重要性还在于人们处于室内时间的绝对量。一般来说，人们 在室内的时间要比室外多得多。尤其是随着经济的发展和城市化，人们每天将有 9 0 的时间在室内渡过。例如在美国，人们平均每天有2 2 个小时1 5 分钟在室内， 另外还有1 个小时在汽车驾驶舱内，从广义的角度讲，人们有9 7 7 的时间是在 室内渡过的。 随着对室内空气质量的关注，使得人们了解了健康恶化与恶劣室内环境之间 的关系。两种与室内空气质量恶化有关的疾病：病态建筑综合症( s b s ) 和建筑 相关疾病( b ) ，就经常发生在我们的身边，许多人都耳熟能详。 美国国立职业卫生与安全研究所( n i o s h ) 列出了1 0 种主要的职业疾病和 伤病中，排名第一的就是肺功能失常，这明显是与空气质量有关的，而人们绝大 部分时间都处于室内，因此这就说明室内空气恶化是罪魁祸首。 鉴于室内空气污染的危害性及普遍性，有专家认为，继“煤烟型污染”和“汽 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 车尾气污染”之后，人类已经进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。 因此，室内空气污染的控制技术研究也很快提到环保的议事日程，成为迫切需要 解决的问题。【1 】 1 2 室内空气污染 1 2 1 室内空气污染的相关概念及现状 室内空气污染是由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内环境通风不 佳而导致室内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增加，并引起人的 一系列不适症状的现象。 1 1 a s h r a e ( 美国采暖、制冷和空调工程师学会) 标准6 2 - - 1 9 8 9 r 中，提出 了“可接受的室内空气品质和“感受到的可接受的室内空气品质”的概念。前 者的定义为：空调房间中绝大多数人( 8 0 ) 没有对室内空气表示不满，并且 空气中没有已知的污染物浓度达到可能对人体健康产生严重危害的浓度。后者的 定义为：空调房间中绝大多数人( 8 0 ) 没有因为气味或刺激而表示不满。英 国c i b s e ( 特许屋字装备工程师研究所) 认为：如果室内少于5 0 的人能觉察 到任何气味，少于2 0 的人感觉不舒服，少于1 0 的人感觉到黏膜刺激，并且 少于5 的人在不足2 的时间内感到烦躁，就可以认为室内空气品质是可接受 的。【2 3 】这些定义的共同特点是强调人的主观感受，用“主观愿望的满意程度” 定义空气品质。然而许多室内空气污染，例如p m l o 、p m 2 5 、氡及一些微量致毒 物质的污染，是很难用个人主观去觉察的。这就唤醒人们对室内空气污染物理、 化学、生物及健康卫生等方面的客观研究。 大部分的研究【1 , 1 8 , 1 9 甜彤，1 0 6 ，1 0 7 】认为，室内空气的污染物主要来自三个方面： 一、化学性污染物；二、生物性污染物；三、放射性污染物。其中主要的代表性 污染有：甲醛( 化学性) 、苯系物( 化学性) 、氡( 放射性) 、氨( 化学性) 及p m l o ( 生物性、化学性) 。其中甲醛来源于木制家具，苯系物主要来自于涂料及皮制 家私，氡主要来源于大理石等地板，氨气主要是建筑物墙体中的混凝土抗凝剂产 第1 章绪论 生的，而p m l o 则可以来源于燃烧产物及各种细菌附着物等。可以说这些来源涵 盖了大部分的室内装饰材料，家具及用品。 关于室内空气污染的现状，大量的研究调查，包括各种文献【1 卜1 5 2 5 , 2 6 , 8 6 1 0 5 1 、 著作【! , 1 8 , 1 9 , 2 4 , 4 4 , 1 0 6 , 1 0 7 1 均显示室内空气污染的普遍存在，危害严重。并表明首要污 染物是甲醛，其来源广泛存在。 1 2 2 室内甲醛污染现状 在我国，甲醛污染问题存在于各个城市，各种室内场合。韩涛等【2 】对乌鲁木 齐市2 0 0 2 2 0 0 4 年的2 4 4 套房屋进行了监测，并进行统计分析，分析结果表明 装修前三年的室内甲醛超标率高达8 0 以上。钱丽艳等【3 】对昆明市区的4 8 加室 内空气甲醛浓度的监测，显示有9 1 7 的房子室内甲醛浓度超标，最高超标8 2 5 倍。伊浦等【4 】通过对北京市房山区新装修房屋调查和统计分析，显示调查结果有 6 5 的住户甲醛浓度超标，此外还表明复合木板对室内甲醛污染的贡献大。任凯 掣5 】对长春市室内空气中甲醛污染进行调查，该调查经过统计分析显示，装修后 的三个月内，房间的甲醛浓度超标率高达9 6 ，而即使在装修后的6 个月，依然 有5 8 的房间甲醛超标。李欢龙等【6 1 对浙江省富阳市的房屋进行空气质量监测调 查，调查显示超过l 4 的房间甲醛超标，最高浓度达o 8 4 m g m 3 。张丽等1 7 1 在江 西省进行室内空气质量调查，全省抽测5 6 3 个样本，包括了1 1 个主要的城市的 监测样本，经过统计分析，显示甲醛超标率为7 6 2 ，甲醛浓度变化范围为0 0 0 6 - 3 3 9 m g m 3 。其中还有4 个城市的甲醛超标率超过9 0 。刘李掣8 】在福建省龙岩 市的居民房随机采样，选取6 套房子进行甲醛监测，监测结果显示6 间中有5 间甲醛超标。迟欣等1 9 对武汉市随机的6 6 间房屋进行监测，监测显示，刚装修 完的房屋甲醛超标率高达9 0 9 ，4 个月后依然达到7 6 2 ，而半年后依然有 2 9 7 的房屋甲醛超标。李娟等【1 0 1 对重庆市4 0 户新装修住宅进行监测，监测结 果超标率达7 6 3 ，而卧室的超标率更是达8 5 。姜立民【1 1 】对刚建成的平顶山 市政府办公楼进行调查显示，尽管作为政府办公楼，采用了比普通大众更加环保 装修材料，以及更加合理的室内设计，依然1 4 个采样点中有3 个甲醛浓度超标。 以上的调查研究，显示了国内目前室内甲醛污染的普遍存在性。 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 在国外，诸多研究与国内对比，甲醛污染水平显著小于国内，但依然显示甲 醛污染的普遍存在。h o s a w a 等【2 5 】研究日本全国2 0 0 0 年到2 0 0 5 年问室内空气 污染状况，结果表明，2 7 的调查房屋甲醛超标。c 。m a r c h a n d 等人【27 j 对法国城 市s t r a s b o u r g 各个地方进行甲醛的监测调查。调查认为，如果以w h o ( w o r l d h e a l t ho r g a n i z a t i o n ) 的标准，3 0 分钟暴露甲醛的浓度限值是o 1 m g m 3 ，根据这 一标准，大部分监测值都低于该限值，但是各室内的甲醛浓度依然显著高于室外， 而人一天有8 0 的时间在室内度过，所以室内低浓度甲醛的存在，其危害依然很 大。j o n g r y e u ls o h n 掣2 8 】对韩国某5 5 间学校进行监测，结果显示建成1 年内的 学校的甲醛浓度( 平均值o 1 6 p p m ，相当于0 1 9 2 m g m 3 ) 显著高于韩国室内空气 标准，也高于w h o 的相关标准。数据还显示，室内甲醛浓度远高于室外，表明 甲醛污染源来自室内。e l e n agd a s c a l a k i 等【2 6 1 对雅典九家医院的1 2 个手术室进 行空气质量监测，结果表明，尽管这些手术室有很好的通风系统和污染物捕捉消 除系统，依然存在各种室内污染物，甲醛平均值超标。此外，法国巴黎、加拿大 和香港等【1 2 1 5 】地的研究也显示了甲醛污染的普遍性。 1 3 室内甲醛污染的特点及危害 1 3 1 甲醛的理化性质n 踟 甲醛是无色、具有强烈刺激性的气味的化学物质，分子量为3 0 0 3 ，气体相 对密度为1 0 6 7 ( 空气中) ，略重于空气。易溶于水和乙醚，其3 5 - 4 0 的水溶 液通常称为福尔马林。液体相对密度为o 8 1 5 ( - 2 0 。c ) ，熔点为9 2 。c ，沸点为 1 9 5 。水溶液含量最高可达5 5 。 1 3 2 室内甲醛污染对人体的危害 1 3 2 1 毒理学依据n 8 1 第1 章绪论 甲醛对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用，可使细胞中的蛋白质凝固变性，抑韦0 一切细胞机能，由于甲醛在体内生成甲醇而对视丘及视网膜有较强的损害作用： 进入人体内的甲醛代谢非常迅速，立即氧化成甲酸，接着很快被氧化成二氧化碳 从肺部呼出，部分甲酸从尿中排除。因此，人和动物吸入甲醛后，血液中甲醛浓 度并未发现升高。 用各种哺乳动物细胞体外检测结果证明，甲醛具有诱发哺乳动物细胞基因突 变的作用，并且对d n a 有损伤作用，产生d n a 断裂和d n a 蛋白质交联，抑制 r n a 的合成。但整体动物的实验结果与体外试验结果不同，其主要原因可能是 甲醛在体内代谢快，除直接接触甲醛的器官( 如鼻或气管) 之外，远离接触器 官的组织，很少直接受到甲醛的作用。 1 3 2 1 对人体健康的危害 甲醛对人的皮肤、眼睛及呼吸道有很强的刺激性，有些人可发生过敏反应。 低浓度甲醛对人体影响表现为皮肤过敏、咳嗽、多痰、失眠、恶心、头痛等。当 甲醛浓度在0 1 2 1 2 m g m 3 时能致使肝功能、肺功能异常、免疫功能异常，当浓 度为0 0 6 0 0 7 m g m 3 时，儿童会发生气喘病。同时甲醛与空气中与氯化物反应 生成致癌物质一二氯甲醚，已引起人们高度重视。甲醛还有致敏作用，皮肤直接 接触甲醛就可以引起过敏皮炎、色斑、坏死。吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮 喘。b 9 1 2 0 0 4 年，国际癌症机构( i a r c ) 将甲醛上升为第一类致癌物质。世界卫 生组织( w h o ) 及美国政府机构将其列为可以致癌物质。【l 引 表1 1 显示人半小时暴露于室内甲醛的浓度与所受健康危害程度，同时表明 低浓度的甲醛即可对人的生命健康产生严重的危害【l 】： 表1 - 1甲醛暴露浓度与健康危害程度 t a b l e1 - 1 r e l a t i o n s h i pb e t w e e mf o r m a l d e h y d ee x p o s u r ec o n c e n t r a t i o n sa n dn e g a t i v eh e a l t h e f f e c t s 甲醛暴露浓度( m g m 3 ) 健康危害程度 0 1异味及不适感觉； o 5 刺激眼睛流泪； 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 0 6引起咽喉不适或疼痛，浓变逐渐升高将出现恶心、呕吐、咳嗽、 胸闷、气喘等症状； 6 5 引起肺炎、肺水肿等损伤甚至死亡； l o o昏迷，死亡。 1 3 3 室内甲醛污染的主要来源n 虻 甲醛在室内主要来源于建筑材料、家具、各种黏合剂涂料、合成织品等。 一、室内装饰用的人造板。以甲醛为主要成分的脲醛树脂是生产室内装修的 胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板的主要原料。板中所含甲醛会缓慢地 向周围空气中释放，最长的释放期可达十几年，是形成室内空气中游离甲醛的主 体。杭州市2 0 种市场销售木质板材的甲醛释放研究表明，强化地板的释放量最 低，均值为o 1 0 m g ( 1 n 2 h ) ，刨花板0 5 2m e , ( m 2 h ) 次之，细木工板o 6 2m e , ( m 2 h ) ，最高为三夹板1 1 3 lm e , ( m 2 h ) 。【1 】 二、地毯等合成织物。地毯中的黏合剂及贴墙布、贴墙纸、泡沫塑料等室内 装饰材料也散发甲醛。为了改善合成纤维的性能，通常要用含有甲醛树脂整理剂 进行树脂处理。这些经过树脂整理的化纤织品，在使用和保存过程中会释放出游 离甲醛。 三、燃料、烟叶的不完全燃烧及收藏书籍。 四、化妆品、清洁剂、杀虫剂、防腐剂的使用也能释放出甲醛。 1 3 4 国家相关环境标准对甲醛污染的控制 由于甲醛对人的生命健康危害极大，因此近年来，国家相继出台了的相关标 准，甲醛在不同室内场所的浓度限值f 1 6 1 刀如表1 2 所示： 表1 - 2中国国家室内环境标准规定的室内甲醛浓度限值 t a b l e1 - 2l i m i t a t i o no fi n d o o rf o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o n su n d e ri n d o o re n v i r o n m e n t s t a n d a r d so fc h i n a 第1 章绪论 ( g b 5 0 3 2 5 2 0 0 1 ) ( g b7 1 - 18 8 8 3 2 0 0 2 ) i 类民用建筑 i i 类民用建筑 甲醛浓度限值 0 0 80 1 20 1 0 ( m g m 3 ) 备注：i 类民用建筑指住宅、医院、老年建筑、幼儿园、学校教室；i i 类民用建筑指办公楼、 商店、旅馆、文化娱乐场所、书店、图书馆、展览馆、体育馆、公共交通场所、餐厅、理发 店。 此外，国家在2 0 世纪8 0 - - - 9 0 年代颁布的各类公共场所( 表1 2 的i i 类民用 建筑) 卫生标准的甲醛限制为0 1 2 m g m 3 ，2 0 0 1 年颁布的室内空气质量卫生标 准规定甲醛的小时平均浓度限值为0 1 m g m 3 ，2 0 0 2 年颁布的室内环境质量 评价标准中规定甲醛8 h 平均浓度的一级标准为o 0 4m g m 3 ，二级标准为0 0 8 m g m 3 ，三级标准为o 1 2m 咖3 。【1 0 6 j 对于产生甲醛的室内污染源，国家于2 0 0 1 年也制定了多项相关的标准，见 表1 3 ，1 - 4 。 表1 - 3 人造板及其制品中甲醛释放量限量【1 0 6 1 t a b l e1 - 3f o r m a l d e h y d er e l e a s el i m i t so f a r t i f i c i a lb o a r da n di t sr e l m i v ep r o d u c t s 产品名称实验方法限量值限量标志 中密度纤维板、高密度纤维板、 穿孔萃取法 一 自来水。在1 2 2 5 的温度区间内，最 佳净化效果的温度为2 1 。同时光照强度在实验条件范围内( 0 1 0 0 0 1 u x ) 增长， 则植物净化效果越好。 因此，目前关于植物修复室内甲醛污染的研究，尽管已经验证了植物吸纳甲 醛的能力，但是具体哪种植物吸纳能力更好，其受环境和自身生理条件影响情况 如何，还有待进一步研究。 1 4 1 4 通风系统 充分通风是降低甲醛污染及其他室内空气污染的有效方式。通风气流排除室 内污染物的效果主要取决于两个方面：其一，室内污染物的释放情况，包括污染 源位置、释放强度和污染物特性；其二，室内气流组织形式，即室内的通风方式。 【4 2 1 在污染物释放情况一定的情况下，通风系统的通风方式非常重要，不同的通 风方式可能产生的效果不同。主要的通风方式主要有以下： 混合通风 混合通风依靠由房间顶部( 或底部) 送入房间的告诉气流与室内空气充分混 合，稀释室内污染物( 包括余热、余湿) ，最后由房间顶部( 或底部) 排出室外。 混合通风一个主要的缺点就是容易形成风速不均匀的情况，温度差偏大等室内空 气舒适品质问题成为可能。 置换通风 置换式通风通常指的是利用下送上回的送风方式实现通风的一种新气流组 织形式，它是将新鲜空气直接送入工作区，并在地板上形成一层较薄的空气湖。 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 空气湖是由较凉的新鲜空气扩散而成的，因室内的热源( 人员与设备) 产生向上 的对流气流，新鲜空气随其向房i 日j 上部流动而形成室内空气运动的主导气流。排 风口设置在房间的顶部，污染空气由此排出。送风口送入室内的新鲜空气温度通 常低于室内工作区的温度，较凉的空气由于密度大而下沉到地表面。置换通风的 送腻率为0 2 - - - 0 5 m s 左右，送风的动量很低，以致对主导气流无过大的影响。 较凉的新鲜空气扩散到整个室内地表并形成空气湖，热源引起的热对流气流使室 内产生垂直的温度梯度。在这种情况下，排风的空气温度高于室内工作温度。由 此可见，置换通风有四个特征：低风速、低温差、地位送风和高位排风，即所谓 的“三高一低”。 自然通风 一般的自然开窗通风主要用于外部环境污染程度较轻的场合，通过打开窗 户，或者通过各种缝隙，在温度和压力差异作用下，形成进出室内的气流，带走 室内的陈旧的、污染的空气，并补充新鲜、干净的空气。该种方法虽然简单、经 济、节能，但却有一定的局限性。 例如，在冬季，人们为了减少热量的损失，必须关闭窗户门户，通过风压和 热压，让空气从门缝、窗缝渗透进来，这适合密闭性较差的房屋。随着现代楼房 密封性的提高，靠渗透通风的效果比较差。这就不利于污染物的排出。污染物的 不断累积，对生活在该室内空间的人们，有很大的危害。 自然通风分两种：一种是单侧通风，就是基本进风口和出风口是同一个，现 代一般楼盘由于考虑节省空间，一般都只能单侧窗户通风，它是最简单的一种通 风方式，但不利于产生对流，空气流通质量不佳；另一种是穿越式通风，空气从 一侧进入，从另一侧出去，室内空气交换次数就相应增加，通风效果较好。 室内空气污染与室内通风系统的关系密切，n i c o l a sl g i l b e r t 等人【4 3 】的研究 表明良好的通风率可以确保室内甲醛浓度低于相关的标准限值。在其研究中，只 要通风率达到0 3 4 h ，即可以使得9 5 的房间甲醛浓度低于a s h r a e ( a m e r i c a n s o c i e t yo fh e a t i n g ，r e f r i g e r a t i n ga n da i r - c o n d i t i o n i n ge n g i n e e r s ) 的相关标准 ( a s h r a es t a n d a r d 6 2 19 9 9 ) 。 1 4 2 吸附技术的相关概念及原理 第1 章绪论 吸附是指在固相一气相、固相一液相、固相一固相、液相一气相、液相一液 相等体系中，某个相的物质密度或溶于该相中的溶质浓度在界面上发生改变( 与 本体相不同) 的现象。被吸附的物质称吸附质，具有吸附作用的物质称为吸附剂。 吸附现象是吸附剂和吸附质之间的相互吸引作用，这种相互吸引作用可以大致分 为7 类：色散力、偶极子相互作用、四极子相互作用、静电力、电荷转移相互作 用、表面修饰及细孔吸附。1 4 7 】以上七种作用基本属于物理吸附作用范畴。除了 物理吸附作用，还存在化学吸附作用。化学吸附时吸附分子和吸附剂表面间有某 种化学作用，即他们之间有电子的交换、转移或共有，从而可导致原子的重排、 化学键的形成或破坏。此外，例如电荷转移相互作用或表面修饰作用往往属于物 理吸附到化学吸附之间的过渡态，这是固体表面的吸附力比范德华力要大一些， 但远弱于分子的离解力，比如分子键通过氢键相互吸引。【4 8 1 表1 - 8 物理吸附与化学吸附的比较“t 4 7 ，4 蚰 t a b l e1 - 8c o m p a r i s o nb e t w e e np h y s i c a la d s o r p t i o na n dc h e m i c a la d s o r p t i o n 【2 】 性质物理吸附化学吸附 吸附力 范德华力化学键力 近于液化热，2 0 k j m o l 左右。 近于化学反应热，8 4 吸附热( 属低放热过程，可以看成气 体组分在吸附剂表面的凝聚) 4 1 7 k j m o l 。 较低( 低温有利于物理吸附， 相当高( 远高于沸点，高温有 吸附温度沸点高或临界点温度高的气 利于化学吸附) 体有利于吸附) 吸附速度快有时较慢 选择性无 有 单层或多层( 当吸附质的气压 吸附层次单层 增大时) 脱附性质完全脱附脱附困难，常伴有化学反应 对于沸点低于0 c 的气体，如 对于沸点高于0 的有机物，甲醛等，物理吸附后容易逃 处理对象 吸附剂以物理吸附为主。逸，一般要经过化学改性后对 这些气体进行化学吸附净化。 吸附量与气相压力或液相溶质浓度和温度有关，是吸附剂的基本性质。在温 度一定时，吸附量与压力( 气相) 的关系成为吸附等温线。吸附等温线是表示吸 附性能最常用的方法，吸附等温线的形状z 日匕k ，4 e k l 好地反映吸附剂和吸附质的物理、 化学相互作用。【4 7 】 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 表1 9 吸附等温线的分类及特征 t a b l el 9c a t e g o r ya n dc h a r a c t e r i s t i co fa d s o r p t i o ni s o t h e r m 类型 特征线吸附剂和吸附质物理化学相互作用特征 l 属电子转移型相互作用，吸附大多不可逆，主要是化学 - ， 圆 r 吸附类型，也包括过渡态吸附类型。 豪 签 此外，如活性炭和沸石等存在超微孑l 和极微孔，外表面 i 微孔型 积远小于空内表面积的吸附剂，也有类似曲线。此时， p a p , 骤升曲线段发生微孔内吸附，平坦曲线段发生外表面吸 附，红色部分( 接近饱和蒸汽压时) 发生大孔吸附。 酾 非多孔性固体表面发生多分子层吸附属于这种类型。属 釜 i i 无孔型螫于物理吸附，多发生于亲液性表面，其机理可以用b e t 理论进行解释。 p p o u l 非多孔性固体表面发生多分子层吸附，且固体和吸附质 l i l 无孔弱 朔 的吸附作用小于吸附质之间的相互作用时属这种类型， 莲 螫 基型多发生于憎液性表面，在低压区吸附量少，高压区吸附 p ，p o 量显著提高。 l v 毛细管 嘲 多孔性固体吸附时，且细孔表面为亲液性，由于发生毛 婆 细管凝聚，等温线迅速上升，并造成脱附等温线和吸附 蝥 凝聚型等温线不重合，称吸附滞后。高压区主要以大孔吸附为 主。 耽 v 多孔弱 嘲 、 八 多孔性固体吸附时，且细孔表面为憎液性，其特征等温 莲 夕 线为v 型。 蝥 基型 p p a 嘲 非极性的吸附质在物理、化学性质均匀的非多孔固体上 菠 压条型 警s 吸附时常见。 眦 1 6 第1 章绪论 在恒温条件下，多孔吸附剂的吸附可以分为三个基本过程。这三个过程控制 着吸附的速率。三个过程分别为：( 1 ) 吸附质分子在粒子表面的流体界面膜中扩 散：( 2 ) 吸附质分子在粒子细孔内的扩散，包括吸附质在细孔气相中的扩散及孔 壁上的转移；( 3 ) 吸附质分子最终被吸附在细孔内的吸附位上。 第一个过程，吸附质分子在粒子表面膜的吸附主要受分子外表面积及浓度梯 度的影响。第二个过程中，毛细孔气相扩散主要受细孔半径、温度、吸附质分子 量、沸点及浓度梯度影响，孔壁转移与分子吸附量梯度有关。第三个过程作用， 无论是物理吸附还是化学吸附，其作用时间非常短，一般认为瞬间完成，对吸附 速度影响完全可以忽略。 所以，一般认为在吸附过程中，影响其速度的主要因素有吸附质的理化性质、 浓度、温度及吸附剂孔隙结构等因素。 1 4 3 吸附技术净化室内甲醛的研究进展 目前，应用于吸附净化甲醛的吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、硅胶等， 大部分研究以活性炭作为吸附剂进行研究，部分研究沸石分子筛的甲醛吸附净 化，硅胶为吸附剂的研究较少。 而目前的相关研究都主要是通过改变这些吸附剂的物理化学特性来提高其 吸附能力。 活性炭具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，是被广泛应用的吸附剂。但 是针对不同的吸附质，活性炭的吸附效果不同，因为吸附作用是吸附剂与吸附质 之间的物理化学性质决定的。针对甲醛的特点，通过研究改善活性炭的孔隙结构 和表面化学可以大大提高其吸附甲醛的能力。王文超 4 9 , 5 0 1 利用高锰酸钾溶液浸渍 活性炭，对活性炭改性。实验表明高锰酸钾溶液浸渍后的活性炭对甲醛的吸附量 大大增加，且利用含量为1 2 5 高锰酸钾溶液浸渍并在6 5 0 。c 下热处理烘干的 活性炭达到对甲醛吸附的最佳效果，吸附量达5 5 1 m g g 。王淑勤等【5 1 1 对改性活 性炭的研究表明甲醛的去除率：碳酸钠和亚硫酸氢钠改性的活性炭 颗粒活性炭 粉末活性炭。而改性活性炭的吸附量比未改性活性炭高出4 3 ，为2 1 51 1e , g 。 胡刘开等【5 2 】研究静态和动态吸附下活性炭吸附甲醛的效果，并对比了各种物料 青茶茶叶吸附甲醛速率的研究 制成活性炭吸附甲醛的效果。研究表明，专用活性炭在1 6 小时内甲醛的去除率 为5 0 左右。而且在动态吸附下专用活性炭比椰壳炭、竹炭的吸附量大1 5 - - 4 倍。孙胜龙【5 3 】研究亦表明经过碳酸钠和亚硫酸氢钠改性的活性炭有更好的吸附 效果。汤进华等【5 4 】的研究表明，活性炭的孔隙结构影响甲醛的吸附，微孔多少 对吸附容量影响大，中孔起通气作用，对吸附速率影响大。此外，经过硝酸、双 氧水氧化改性后的活性炭由于含有更多的含氧官能团，可以加强对甲醛的吸附能 力，而氨基氧化改性的活性炭由于含氧官能团减少，降低了对甲醛的吸附能力。 s e i k it a n a d a 等【5 5 】研究则认为带有氨基宫能团的改性活性炭随着氨基官能团的增 加吸附量增加。研究同时发现相同改性活性炭的甲醛吸附量随温度增高而增强， 认为原因是甲醛与氨基发生化学吸附。李晶等【5 6 】的研究表明相对湿度影响活性 炭对甲醛的吸附，因为水分子与