膨潤土在室內甲醛污染防治應用中的可行性討論

譚健華,陳樹沛

(1.廣東省江門市岡州建筑工程有限公司,廣東 江門 529100;2.廣東省江門市新會區環境科學研究所,廣東 江門 529100)

1 引言

隨著經濟的發展和生活水平的提高以及居住條件的改善,大量的新型裝飾材料被廣泛地應用于家庭裝修中,造成嚴重的室內環境污染。室內空氣污染在國際上已被列為危害健康的5大因素之一。中國室內環境監測中心和健康醫療中心總結出室內環境污染主要是由甲醛、苯、氨和放射性物質這4種污染物所引起的,其中甲醛為首,稱為室內環境的“第一殺手”。

2 室內甲醛污染

2.1 甲醛的性質及危害

甲醛是室內可揮發性有機化合物中的主要成分,是蛋白質凝固劑,屬原漿毒類,能與蛋白質結合,造成局部皮膚甚至全身的過敏反應,如皮膚直接接觸甲醛可以引起過敏性皮炎、色斑、壞死,吸入高濃度甲醛時可以誘發支氣管哮喘。甲醛已于2004年被國際癌癥研究機構(IARC)列為第一類致癌物質。甲醛可引起人類的鼻咽癌、鼻腔癌、鼻竇癌、肺癌、血癌、皮膚和消化道的癌癥。

2.2 室內空氣中甲醛的主要來源

室內甲醛的來源一般來自室外或室內。其中室內甲醛也可來自室外的工業廢氣、汽車尾氣、光化學煙霧等。而現在普遍認為室內的來源為室內甲醛的主要來源,其主要來源一般有以下幾個方面。

(1)來自于用作室內裝飾的膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板材中的膠粘劑脲醛樹脂。板材中殘留的和未參與反應的或者熱壓時未完全固化產生的又或者板材在使用過程中結構降解放出的甲醛會逐漸向周圍環境釋放,從而導致室內空氣中甲醛含量超標。

(2)來自于含有甲醛成分的其他各類裝飾材料,比如乳膠漆、粘合劑、油漆、涂料和合成纖維等。

(3)來自室內裝飾紡織品,包括床上用品、墻布、化纖地毯、窗簾和衣服等,其在紡織生產中,常加入一些含有甲醛的助劑。

(4)來自煙葉和燃料不完全燃燒。

(5)來自化妝品、清潔劑、殺蟲劑、印刷油墨以及醫用的消毒劑和防腐劑,其中有些可能含有甲醛。此外,一些文獻還報道甲醛也可以來源于食物[1]。

3 膨潤土于室內甲醛污染治理的可行性分析

膨潤土(Bentonite)又稱斑脫巖或者膨土巖,其主要組成成分是蒙脫石。膨潤土為一種性能十分優良、經濟價值較高、應用范圍較廣的粘土資源,有著“萬能粘土礦物”的美譽。因其特有的成分以及結構特征而具有良好的吸附、過濾、分離、離子交換、催化等優異的物理性能和化學性能。據統計,與膨潤土有關的產品現在己達400～500種,應用涉及環保、日用化工、交通等領域。

通過酸、氧化劑、無機鹽、有機物等物質對天然膨潤土進行改性,可明顯改善其對有機污染物的吸附性和離子交換性能,其吸附性能優于天然膨潤土。目前,在環境污染治理領域應用較多的改性膨潤土有酸活化膨潤土、有機膨潤土、交聯膨潤土以及有機交聯膨潤土等。具有良好環境屬性的膨潤土作為一種新型環境材料使用日益重視,而且其儲量豐富(我國膨潤土資源僅次于美國,居世界第2位),便于加工,價格低廉,開發膨潤土產品用于環境治理具有巨大的社會效益和經濟效益。

3.1 當前室內甲醛污染的防治方法

3.1.1 控制板材的甲醛散發

(1)人造板甲醛90%散發源于脲醛樹脂(UF樹脂),降低尿素與甲醛的摩爾比(FU比)是行之有效的方法;也可以通過在脲醛樹脂等膠粘劑中加入甲醛捕捉劑,增強UF樹脂抗水解的能力,利用非甲醛類膠粘劑替代UF樹脂等減少甲醛散發。

(2)在滿足滿足制板要求的前提下,提高木纖維質量,令原料搭配適宜,調整熱壓工藝,可以降低膠粘劑使用量,從而降低板材中甲醛釋放量。

(3)板后期處理是直接向甲醛系樹脂中添加有機化合物作為甲醛捕捉劑,或在裝飾板的紙質基材上制造甲醛捕捉層,以及在其表面保護層中加入甲醛捕捉劑的方法,用來有效地捕捉從其內層材料中釋放的甲醛,同時也可捕捉從室內其它物品中放出的甲醛。

3.1.2 利用空氣調節方法

不論是自然通風或是機械性通風,都對去除甲醛有明顯效果,可以改善室內的空氣質量。

3.1.3 吸附凈化技術

在室內甲醛污染吸附凈化上,活性炭是最常用的吸附劑。在此同時,學者們對竹炭、霍加拉特劑、沸石分子篩膨脹石墨與茶葉等物質[2～7]對甲醛的吸附情況進行了探索,增加了甲醛的吸附劑的可選性。此外,生物凈化方法(主要依靠植物代謝將有毒氣體轉化分解)也是一種可行的甲醛治理方法。

3.2 膨潤土應用可行性的分析

在治理甲醛的現有方法中,吸附法因其效率高、富集功能強、不會造成二次污染等優點而成為近年來治理低濃度有害氣體的有效方法,得到廣泛應用。氣體吸附是用多孔固體吸附劑將氣體混合物中的一種或數種組分被濃集于固體表面,而與其他組分分離出來。雖然所有的固體表面對于流體都或多或少地具有物理吸附作用,但合乎要求的吸附劑必須具備以下條件。要具有巨大的內表面,而其外表面往往僅占總表面的極少部分,故可看作是一種極其疏松的固體泡沫體;對于不同氣體具有選擇性的吸附作用;要具有較高的機械強度、化學與熱穩定性;吸附容量大;來源廣泛,造價低廉;良好的再生性能。

實際上,很難找到一種吸附劑能同時滿足上述要求,因而在選擇吸附劑時要權衡很多方面因素。膨潤土及改性膨潤土對水中污染物吸附能力很強,根據膨潤土吸附污染物的機理,筆者預計其對甲醛氣體應該也有良好的吸附性能。

在理論研究上,20世紀80年代以來,國外不少學者[8～10]就開始研究膨潤土對揮發性有機化合物(VOCs)的吸附情況,分析了其吸附行為,發現膨潤土這些粘土礦物對氣態有很強的吸附能力。國內,朱利中等人[11～14]率先研究探討了膨潤土原土、單陽離子有機膨潤土及陰-陽離子有機膨潤土對苯蒸氣的吸附性能、機理及影響因素,發現有機膨潤土對苯蒸氣有良好的吸附性能,表明有機膨潤土具有較大的開發、應用潛力。

而在應用的層面上,惠博然利用膨潤土制造香煙的復合濾嘴,發現對卷煙煙霧中焦油具有明顯的吸附作用,對焦油中的自由基也具有明顯的吸附作用。針對室內空氣污染日本等國已經有利用膨潤土研發出來的治理產品,并申請了專利。

3.3 膨潤土治理甲醛污染方案

3.3.1 作為甲醛捕捉劑

膨潤土作為甲醛捕捉劑的想法前人就有提出。其可以加入到膠粘劑里面,作為多孔無機填料,減少了人造板甲醛釋放量。也可以直接作為后處理,加入到各類板材表面。

3.3.2 作為空氣凈化產品

當前,很多空氣凈化器的物理吸附多采用孔性多、表面積大的活性碳、硅膠、氧化鋁和分子篩等作為有害氣體吸附劑。同理,應用膨潤土作為空氣凈化產品的吸附材料,可以作為空氣凈化機的吸附芯體,也可以其制作空氣凈化劑直接使用。

3.3.3 作為建筑裝修材料的添加物

膨潤土作為一種良好的建筑材料和裝修材料,被廣泛應用墻體、涂料等方面。在白乳膠、泡沫塑料、油漆和涂料等在建筑裝修材料中添加相應的膨潤土,可以抑制污染物的散發,有效的減少空氣中的污染物。

4 結語

相比活性炭等常用吸附劑,膨潤土及改性膨潤土用室內甲醛污染物吸附劑,具有以下優點：原料儲量豐富,價廉易得;吸附劑制備工藝簡單,吸附性能良好,研制周期短,使用成本低;可有效去除空氣中的無機和有機的污染物;具有較高的化學和生物穩定性,不存在因自身而引起的附加反應;容易再生。但同時我們也應該看到,目前的研究還剛起步,僅局限于實驗室,產品開發更是基本空白。但作為室內甲醛治理新材料,膨潤土研究開發具有很大的研究、應用潛力,它無疑是解決我國室內污染治理的一條可行之路。

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