甲醛防护剂的制备及防护性能研究

郭军军， 裴 佩， 李 鹏， 安丽花， 赵 婷， 金彦任

(1.山西新华化工有限责任公司，山西 太原 030008；2.太原工业学院材料工程系，山西 太原 030008)

引 言

甲醛(HCHO)是一种常见的室内空气污染物，主要来源于室内家具的人造板材、以甲醛为主要原料的黏合剂，以及含有甲醛成分并会向外界散发的其他各类装饰材料。甲醛为毒性较高的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。其对人体健康的影响主要是刺激眼部和呼吸道粘膜，产生变态反应，出现免疫功能异常，造成肝、肺损伤，影响中枢神经系统，还可损伤细胞内的遗传物质[1-3]。针对这种情况，各种治理甲醛的技术应运而生。目前使用的治理方法可以粗略地分为臭氧氧化法、吸附法、光催化氧化法和金属氧化物法。其中，吸附法主要是靠分子间力或吸附质和吸附剂之间形成新化学键的力将气体吸附在固体表面上。需要吸附剂有较大的比表面积和适宜的孔径分布，如，活性炭。但仅靠活性炭的吸附性，用于室内甲醛的治理还远远不够。金属氧化物法是金属氧化物表面羟基等吸附质能作为酸或碱在吸附和催化反应中起重要作用。据报道，利用一定比例的活性炭和金属氧化物(主要是过渡金属氧化物)的混合物在常温、常压、无光的条件下对室内甲醛进行吸附[4-7]。

本方法拟利用吸附法和金属氧化法的方式，通过化学反应或催化作用净化甲醛气体，对甲醛气体的防护材料进行制备工艺研究及防护性能评价，并进行验证，找出最佳的制备工艺及防护材料。

1 实验部分

1.1 催化剂的制备

1.1.1 基炭与药品

基炭：煤质活性炭、椰壳活性炭。

药品：铜、钼、锌、X助剂。

1.1.2 溶液配制

催化剂的活性组分主要为铜、钼、锌、X助剂，在溶液配制过程中，从溶液温度、组分添加顺序等几个方面入手，保证每一种组分充分溶解。将铜、钼、锌、X助剂依次加入盛有溶液的容器中，边加热边搅拌，使各种活性组分分子充分扩散，溶液温度一般在40 ℃～80 ℃。

1.1.3 浸渍工艺

采取等量浸渍方式，将配好的混合溶液加入到浸渍槽，不断搅拌，使浸渍液与载体材料充分接触，保证浸渍均匀、充分，然后密封静置1 h～2 h。

1.1.4 煅烧工艺

煅烧是使活性组分变成具有活性功能的状态的过程。煅烧温度、煅烧时间的选择是关键。煅烧温度为130 ℃～150 ℃，煅烧时间为30 min～60 min。

1.2 性能测试

根据山西新华化工有限责任公司企业标准“煤质颗粒活性炭试验方法甲醛蒸汽防护时间的测定”对去除甲醛用催化剂进行性能测试。评价方法具体如下：

动力管评价法，即在动力管中装填一定高度的催化剂，用某一浓度的甲醛气体，以一定流量，通过动力管，进出气口处连接甲醛检测仪，实时检测甲醛浓度，记录进出口甲醛浓度[8]。

本样品检测条件：进口浓度：c0=300×10-6～330×10-6；出口浓度：实时检测；气流比速：v=1.0 L/cm2·min；动力管装填高度：h=2 cm； 动力管装填层截面积：S=3.14 m2。

2 结果与讨论

2.1 不同活性组分含量对防护性能影响

选用DP活性炭为基炭，利用等量浸渍法浸渍铜、钼、锌、X助剂等化学药品，依照各药品的不同含量制备出D系列去除甲醛用催化剂[9-12]。表1为DP活性炭主要性能测试结果，表2为各样品的不同活性组分配比。利用动力管评价法对D系列样品进行评价，各样品对甲醛气体的脱除率随时间变化如图1。

表1 DP活性炭主要性能测试结果

表2 各样品的不同活性组分配比

图1 各样品对甲醛气体的脱除率随时间变化图

从图1可以看出，4个样品对高浓度甲醛气体防护效果显著，对比分析，D-2样品的防护效果最好，180 min时脱除率仍达到98%以上，并且在一段时间内保持平衡。

2.2 不同性能基炭对防护性能影响

为验证D-2工艺的可行性，对外购的不同性能基炭进行D-2工艺浸渍实验。表3为不同基炭主要性能测试结果，图2为各催化剂样品甲醛气体脱除率随时间变化图。

表3 不同基炭基础性能测试结果

图2 各催化剂样品对甲醛气体的脱除率随时间变化图

从图2可以看出，4个不同性能基炭浸渍D-2工艺对甲醛气体的防护效果良好，且到一段时间内可以达到平衡，可以证明D-2工艺的可行性。由于各样品之间存在差异，例如，比表面积不同，因而脱除甲醛气体过程中也存在不同。从图2中还可以看出，比表面积较大的基炭浸渍后对甲醛的脱除效果较好。

2.3 低浓度评价实验

为更加接近真实环境，选择基炭3制备的去除甲醛用催化剂进行低浓度动力管测试，测试条件中进口浓度：c0=10×10-6～12×10-6，其他条件同2.2，测试结果如图3。

图3 催化剂样品对甲醛气体的脱除率随时间变化图

图3可见，样品在低浓度甲醛气体环境下对甲醛气体的脱除率处于稳定状态，100 min内脱除率保持在97%以上，防护效果与高浓度动力管相比较好。

2.4 批量放大验证实验

通过不同类型的小实验验证了D-2工艺的可行性，为进一步确定D-2工艺可以适应大批量生产，又进行了DP活性炭5 kg级放大实验，催化剂对甲醛气体脱除率随时间变化如第3页图4。

图4 催化剂对甲醛气体脱除率随时间变化图

由图4可见，批量放大实验得到的催化剂对甲醛气体的脱除率在260 min内达95%以上，这说明D-2工艺也是适用于大批量生产。

3 结论

1) D-2工艺通过不同基炭浸渍验证可以得出该工艺制备的去除甲醛催化剂对甲醛气体防护效果良好。

2) 去除甲醛催化剂不管在高浓度还是低浓度对甲醛气体的防护效果显著。

3) D-2工艺通过批量放大实验验证可以用于大批量生产。