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| 室內空氣凈化材料應用及發(fā)展趨勢 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-05 14:24:41 瀏覽次數： |
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一、室內裝修材料污染源分析
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）室內環(huán)境污染的來(lái)源很多，其中有相當一部分是由于裝修過(guò)程中所使用的材料不當造成的，包括甲醛、苯系物、室內總揮發(fā)性有機物（TVOC)、氨氣以及微量放射性元素氡等有害氣體。
1. 室內甲醛存在來(lái)源及危害
目前，我國主要室內裝修、裝潢使用的人造板材（膠合板、細木工板、中密度纖維板、刨花板和實(shí)木制造的家具）、紡織品、紙制品、地毯、涂料、泡沫塑料等大多利用脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等作為粘合劑，我國脲醛膠樹(shù)脂的年產(chǎn)量為40萬(wàn)t,人造板(膠合板、刨花板和纖維板)所使用粘合劑的量占到總產(chǎn)量的80%，因此在室內裝修中大量人造板材的使用使得甲醛成為一種普遍存在的揮發(fā)性室內污染物。
2. 室內環(huán)境中苯及苯系物的來(lái)源及危害
室內環(huán)境中苯系物（苯、甲苯、二甲苯）的來(lái)源主要在涂料、發(fā)泡材料、防水材料、隔熱材料地毯、皮革制品、洗滌劑、化妝品等。長(cháng)期接觸苯系物可引起骨髓和遺傳損害，同時(shí)，會(huì )伴有痛、欲嘔、步態(tài)不穩、昏迷、抽搐及心律不齊。
3. 室內TVOC 的來(lái)源及危害
TVOC是指在常壓下，沸點(diǎn)50 ～260℃的各種有機化合物。室內的TVOC與苯系物的來(lái)源大致相同，屬于共生共存化合物?；蛘呖梢哉f(shuō)，除苯系物之外的不明有機揮發(fā)物都可以認為是TVOC。人長(cháng)期居住在TVOC濃度過(guò)高的環(huán)境中，會(huì )產(chǎn)生全身無(wú)力、嗜睡、皮膚瘙癢等癥狀。TVOC尤其對兒童健康的影響更為嚴重，是造成兒童神經(jīng)系統、血液系統、后天心臟疾病的罪魁禍首之一；另外，造成孕婦體內胎兒畸形的幾率大增，并且有可能對嬰兒出生后的智力發(fā)育造成影響。
4. 室內氨氣的來(lái)源及危害
室內氨氣主要是由建筑墻體材料的防凍劑中揮發(fā)釋放而產(chǎn)生，近年來(lái)由于嚴格控制墻體材料防凍劑的加入，室內氨氣的濃度有了明顯降低。但是，如果人長(cháng)期在室內夾雜著(zhù)氨氣的環(huán)境下生活，氨氣會(huì )慢慢進(jìn)入肺泡與血紅蛋白結合破壞血液的輸氧功能。
5. 室內放射性氡的來(lái)源及危害
室內放射性稀有氣體——氡的來(lái)源很廣泛：如建筑材料、石材、天然氣燃燒、下水管道等。氡的放射性可引發(fā)人類(lèi)患上肺癌、皮膚癌、白血病和其他呼吸道疾病或死亡。世界衛生組織把它列為19種主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一,國際癌癥研究機構( I A R C )也認為氡是重要的致癌物質(zhì)。
二、室內空氣凈化材料的分類(lèi)
應用在室內空氣凈化方面比較普遍的材料當屬“光觸媒材料”，但光觸媒材料在很大程度上會(huì )依賴(lài)紫外線(xiàn)的能量激活光生電子躍遷，產(chǎn)生氧化性很強的羥基自由基和過(guò)氧化自由基，盡管目前有很多自然光響應的摻雜納米二氧化鈦（TiO2）光觸媒產(chǎn)品和所謂無(wú)光光觸媒產(chǎn)品等，但是在治理過(guò)程中仍然達不到理想的效果。室內空氣凈化工程實(shí)際上是系列空氣凈化材料和科學(xué)治理工藝的統一體。
2.1 室內環(huán)境空氣化學(xué)凈化材料
上述從源頭上做好各種裝飾材料和裝修材料的無(wú)害化處理非常必要，然而原材料的無(wú)害化實(shí)施起來(lái)很困難，國家質(zhì)檢部門(mén)對此非常重視，但是監管上還很困難。即使一些裝飾材料達到了環(huán)保要求，但用于室內裝修的材料還要進(jìn)行再加工，必然會(huì )產(chǎn)生有害物質(zhì)的釋放。盡管這些裝飾裝修材料和家具等符合環(huán)保指標，放到室內小空間由于釋放富集還是會(huì )造成有害物質(zhì)的超標危害人體健康。因此，新房裝修后，必須要進(jìn)行進(jìn)一步的空氣治理。
（1）物理吸附材料
室內吸附凈化技術(shù)是依靠吸附材料巨大的比表面積，吸附處理有害氣體，常用的吸附劑有顆?；钚蕴?、活性炭纖維、凹凸棒和分子篩混合物等，其中又以顆?；钚蕴亢突钚蕴坷w維最常用。由于這種固體吸附方法是靜態(tài)的吸附作用，因此，凈化有害氣體的效果不太明顯，用于小范圍例如抽屜、柜子等。這個(gè)吸附作用是一種可逆的物理作用，吸附飽和后就會(huì )原位釋放，反而造成更大的污染。因此，如何讓活性炭、活性炭纖維等與納米活性材料結合，對于有害物質(zhì)的反應變?yōu)椴豢赡?，達到“吸附—降解—消除”的效果，成為目前有效處理室內環(huán)境污染的一個(gè)重要研究方向。
將活性炭纖維和納米TiO2復合在一起，要比單一材料的效果好，彌補了活性炭纖維的吸附飽和不降解的缺點(diǎn)。
（2）化學(xué)氧化材料
早期媒體報道了日本室內環(huán)境污染治理材料多采用化學(xué)氧化和中和藥劑，通常使用的有二氧化氯、次氯酸、過(guò)氧乙酸、尿素和三聚氰胺復合物等。這些藥劑處理過(guò)后會(huì )產(chǎn)生二次污染并且很容易產(chǎn)生反彈現象，因此，近年不為人們采用。
（3）植物及中草藥提取物凈化材料
國外最早進(jìn)行植物凈化室內空氣污染研究的是美國航天局W o l v e r t o n博士，他在20世紀60年代就已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注太空空間站這樣一個(gè)密閉環(huán)境中的空氣污染問(wèn)題。
Wolverton博士從1984-1989年間進(jìn)行了一系列的相關(guān)研究，目的是了解植物凈化室內空氣污染的效果，以便能夠解決空間站內的空氣污染問(wèn)題。利用植物和中草藥對大氣污染的吸收能力以及降解和轉化的機理和特性，提取出一系列的酶活性物質(zhì)，如超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、非酶抗氧化劑維生素C、維生素E等。一種生物酶凈化劑（梁紅明C N 201210413439）是將大豆提取物作為空氣凈化劑的主要成分，并制成4種劑型：催化酶、分解酶、吸附酶和液鈦酶。其功能為主動(dòng)結合空氣中的有害物質(zhì)，清除異味并能分解空氣中的細菌、甲醛、苯系物、TVOC、氨和異味，可以高效清除病毒霉菌。這些從天然植物提取的活性物質(zhì)在凈化室內空氣中非常安全環(huán)保,但是，這種純天然活性物提取材料對去除室內重度有害氣體污染的功效還有待進(jìn)一步提高。
（4）納米氧化鈦復合天然植物抗菌凈化劑
河南濟世藥業(yè)有限公司研發(fā)了一種天然抗生素——冬凌草提取物和載銀、銅、鋅、稀土微量元素的納米TiO2復合材料，不僅可以凝聚沉降室內PM2.5細顆粒物以及預防和殺滅細菌病毒，而且還可以消除降解室內有害氣體，是一種應用十分廣泛的復合功能型材料。
（5）室內納米TiO2 催化劑及可見(jiàn)光催化材料
近些年來(lái)，納米TiO2光催化劑在室內空氣凈化中的應用比較普遍。國內生產(chǎn)廠(chǎng)家很多，為了規范市場(chǎng)上這類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量，由國家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心、福州大學(xué)光催化研究所、中國標準化研究院等單位起草了《凈化空氣用光催化劑GB/T 27870-2011》國家標準，并于2012年實(shí)施。這種材料在紫外光照射下用于室外凈化有害氣體的效果很好，但是，由于室內沒(méi)有紫外光的存在，效果不甚理想，在一定程度上影響了這種材料的廣泛應用，因此，將這種材料的光響應范圍擴展到可見(jiàn)光區和提高其總量子效率始終是科技界十分活躍的研究課題。這種新材料在可見(jiàn)光或微弱光線(xiàn)下能夠持久地對甲醛釋放進(jìn)行催化降解，其有效期理論上能達到15年之久。
中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所“一種用于室內空氣凈化的催化劑及其制備方法”的專(zhuān)利（楊向光、李靜、肖德海、張興文C N 200810051706）披露這種催化劑的組成為：鉑（P t）負載于氧化鋁（Al2O3）或TiO2和Al2O3的復合載體上，助劑為氧化錳（MnO2）等金屬氧化物。此催化劑用于新的室內空氣凈化裝置的吸附系統和催化燃燒系統，將有害物質(zhì)礦化為無(wú)害的二氧化碳和水，在一個(gè)甲醛濃度為1.4m g / m3的50m3的房間運行此裝置24h后用酚試劑法檢測甲醛濃度為0.06m g / m3，低于中國室內空氣污染物標準的0.10mg/m3。
實(shí)驗發(fā)現一系列鈦酸鹽（BaTi6O13、Bi 6Ti5WO22、Bi 10Ti3W3O30）具有優(yōu)良的催化性能，在可見(jiàn)光下能夠分解有害物質(zhì)，這類(lèi)材料用于室內空氣凈化有望開(kāi)辟出一個(gè)新的應用領(lǐng)域。納米TiO2液相合成中加入鈰化合物構成了一種TiO2納米帶寬度為50 ～200n m、厚度為20 ～40n m、氧化鈰納米顆粒的直徑為4 ～8n m的表面異質(zhì)結構光催化劑，所得到的光催化劑材料具有比較大的比表面積，容易捕捉污染物分子，可以顯著(zhù)抑制光生電子空穴的復合，提高了材料的紫外—可見(jiàn)光催化性能。一種新的納米TiO2負載二氧化硅（SiO2）的合成工藝的特點(diǎn)是：第一步，合成大孔徑SiO2泡沫負載體；第二步，采用孔道內水解的方法，水解鈦酸四丁酯把TiO2負載在泡沫型氧化硅的孔道內，制備出量子點(diǎn)TiO2負載SiO2光催化劑材料。負載體SiO2材料為大孔徑泡沫孔道結構，TiO2在5n m以下，為量子點(diǎn)尺寸，且均勻分散于SiO2孔道內部，比表面積為431m2/g，孔容為1.20cm3/g，孔徑為11.1nm左右。
一種進(jìn)行三元共摻雜的催化劑材料采用溶膠-凝膠法，以納米TiO2為載體摻雜磷、氮和鉬，在可見(jiàn)光下顯示出了優(yōu)異的光催化性能，無(wú)論對染料還是不吸收可見(jiàn)光的有機物均有良好的降解效果。這種可見(jiàn)光響應的催化劑成本比較低，對于室內空氣凈化很有應用前景。
由于室內裝修和裝飾材料的復雜性、裝修存在的隱蔽工程、家具油漆的表干和實(shí)干不徹底等問(wèn)題，經(jīng)典的室內空氣凈化產(chǎn)品仍普遍存在的問(wèn)題，即使一個(gè)好的凈化產(chǎn)品，也不一定將治理凈化對象完全去除。就像一種處方藥劑，對同一種發(fā)病人群不一定都會(huì )奏效。因此，凈化材料對于室內空氣凈化來(lái)說(shuō)相當重要，與合理科學(xué)的治理凈化工藝結合才可以理想地完成室內環(huán)境的凈化和治理。
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