納米銀低溫催化氧化治理室內(nèi)甲醛污染的研究

金松亞 王雪 楊松戀 海彬 于成博 齊燕姣 劉志遠(yuǎn)(西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 蘭州 730030)

近年來，我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，人們對生活、辦公環(huán)境的要求也越來越高，同時室內(nèi)裝修中使用的裝飾裝修材料成為了室內(nèi)安全的隱患。這些裝飾材料釋放出來的某些污染氣體嚴(yán)重惡化了室內(nèi)空氣品質(zhì)，其中甲醛被世界衛(wèi)生組織(WHO)及美國環(huán)保局(EPA)列為可疑致癌物。

調(diào)查結(jié)果顯示典型室內(nèi)空氣主要的污染物有：(l)甲醛、苯、多環(huán)芳烴等揮發(fā)性有機(jī)合物(Volatile organic Compounds,VOCs)；(2)氨氣；(3)顆粒污染物(包括懸浮污染物和微生物等)；(4)氧及其衰變子體；(5)CO和 CO2；(6)NOx、SOx和 O3。 其中 VOCs具有易揮發(fā)性、分布廣泛性和種類多樣性等特點已經(jīng)成為年排放量僅次于SOx、NOx的第三大氣態(tài)污染物。而室內(nèi)建筑、裝飾材料中的甲醛與室內(nèi)其他有機(jī)污染物相比，其健康影響在室內(nèi)環(huán)境中最為突出，故引起人們廣泛重視。

甲醛是一種高毒性物質(zhì)，對粘膜有刺激作用，低濃度的甲醛可導(dǎo)致結(jié)膜炎、鼻炎、咽炎等，高濃度可發(fā)生喉部痙攣、肺水腫、肺炎，甚至死亡。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)長期接觸甲醛的人可引起鼻腔、口、咽喉部癌，消化系統(tǒng)癌，肺癌，皮膚癌，和白血病。因此甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸性物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，在我國有毒化學(xué)品控制名單上高居第二位。然而，大部分室內(nèi)甲醛濃度都超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，尤其剛裝修的房間甲醛的濃度，因此研究室內(nèi)空氣中甲醛的脫除對于現(xiàn)代人具有現(xiàn)實意義。

1、實驗部分

表1 化學(xué)試劑匯總表

表2 所需的儀器設(shè)備匯總表

1.1 催化劑的制備

在去離子水中加入一定量的十二烷基苯磺酸鈉，溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮混合均勻，在一定范圍的溫度條件下靜置一段時間，量取一定量的水合肼溶于去離子水中，和硝酸銀溶液同時慢慢滴入三口燒瓶中，溶液變?yōu)楹谏a(chǎn)生棕色泡沫，反應(yīng)一段時間后停止實驗。然后反應(yīng)液用無水乙醇和丙酮超聲洗滌三次，離心分離，最后置于鼓風(fēng)干燥箱在50℃下烘干得到納米銀。

用透射電鏡(TEM)表征其形貌，結(jié)果如下：

圖1 納米銀透射電鏡圖

1.2 甲醛的去除實驗操作

首先將反應(yīng)器內(nèi)甲醛的含量控制在甲醛測定儀的量程范圍內(nèi)，接著用納米銀吸收甲醛時，以甲醛吸收劑為溶劑，將納米銀超聲分散到甲醛吸收劑中，最后將含有納米銀的吸收劑放進(jìn)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，透過測定儀上LED顯示。忽略數(shù)字上升階段甲醛與反應(yīng)器的反應(yīng)，當(dāng)顯示器達(dá)到最大值時記做反應(yīng)初始值，然后數(shù)字會下降，此時是甲醛與反應(yīng)液反應(yīng)所致，當(dāng)數(shù)字下降至穩(wěn)定時，為反應(yīng)完成值，由顯示器數(shù)字變化得到甲醛與反應(yīng)液的反應(yīng)程度。采用類似的方法進(jìn)行空白、吸收液、Ag/吸收液甲醛去除效果測定。甲醛吸收液分別為蒸餾水、無水乙醇、無水乙醚。

2、結(jié)果與討論

2.1 甲醛吸收對比

圖2、甲醛吸收劑與去除劑的比較

圖2中直觀的表明了空白效率、吸收劑治理效率以及Ag-吸收劑治理效率的對比。分析來看，甲醛在房間內(nèi)的自然消除較難。放入吸收劑后，在同等條件下處理效率較高，平均達(dá)到57.6%。但加人納米銀粉之后，甲醛去除率明顯上升。從檢測的三組數(shù)據(jù)來看，甲醛去除率均達(dá)到80%以上，說明銀粉作為催化劑，對于甲醛吸收液的治理效率有明顯提高。

2.2 納米銀吸收甲醛的紅外分析

圖3 反應(yīng)前納米銀的紅外譜圖

圖4.反應(yīng)后納米銀催化劑紅外譜圖

根據(jù)兩圖對比可得，催化劑在吸附甲醛一段時間后，出現(xiàn)了如圖4的紅外吸收峰：在波數(shù)1600cm-1以下，出現(xiàn)1051.01cm-1、1353.55cm-1、1594.72cm-1 和 2363.02cm-1吸收峰，其中1051.01cm-1可以歸屬于亞甲二氧基的C-O的伸縮振動，1353.55cm-1可以歸屬于分子吸附甲醛的C-H的搖擺振動，1594.72cm-1可以歸屬于亞甲二氧基的C-H的變形振動，2363.02cm-1可以歸屬于單齒吸附的甲酸鹽的OCO的不對稱伸縮振動。在波數(shù)2700cm-1以上出現(xiàn)一個吸收峰，3440.41cm-1可以歸屬于甲酸鹽上的C-H的伸縮振動[1,2]。

根據(jù)上述分析，結(jié)合前人研究[2]，可簡單探討納米銀催化劑上甲醛催化氧化機(jī)理。甲醛在納米銀催化劑上的吸附物種主要有4種：分子吸附甲醛，亞甲二氧基（DOM），甲酸鹽和少量的多氧亞甲基（POM）物種。納米銀的加入促進(jìn)了亞甲二氧基向甲酸鹽的轉(zhuǎn)化，甲酸鹽分解成CO，CO2，從而促進(jìn)甲醛催化氧化消除，氧化的活化過程是在納米銀物種上進(jìn)行的。

3、結(jié)論

本論文對納米銀催化劑上甲醛吸附-脫附及表面反應(yīng)性能進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明：本實驗以化學(xué)還原法合成納米銀，銀粒子達(dá)到20nm，具有良好的催化性能。與甲醛的反應(yīng)選擇催化氧化法進(jìn)行實驗，以無水乙醇為溶劑，將納米銀超聲分散到無水乙醇中甲醛進(jìn)行反應(yīng)，再用紅外光譜儀進(jìn)行分析，定性分析催化劑上納米銀的存在。實驗表明：納米銀作為催化劑，具有很好的甲醛去除效果，甲醛去除率達(dá)到94.5%，且無二次污染。由此可見，此方法對于室內(nèi)空氣污染物的去除提供了環(huán)保和節(jié)能的途徑，納米銀在裝修安全、去除室內(nèi)污染氣體方面將有較好的發(fā)展前景。

[1]MAO C F,VANNICE M A.Formaldehyde Oxidation over Ag Catalysts[J].Journal of Catalysis,1995,154：230-244.

[2]BUSCA G,LAMOTTE J,LAVALLEYJ C,et al.FT-IR study of the adsorption and transformation of formaldehyde on oxide surfaces[J].Journal of the American Chemical Society,1987,109：5197-5202.