新裝修室內空氣中甲醛濃度的影響因素及甲醛清除劑去除效果

杜立杰于泊蕖

(河北大學 化學與環境科學學院,河北 保定 071002)

隨著社會的迅速發展和人民生活水平的顯著提高,大量的建筑材料和裝修材料在增加家庭環境舒適度的同時導致了室內空氣的污染,其中甲醛是最常見的室內揮發性有機污染物[1].

甲醛,其化學分子式為HCHO,是一種無色有刺激性氣味的氣體,室內空氣中65%的甲醛來源于各種建筑材料和裝修材料等[2-8].此外,某些化纖地毯、油漆涂料也含有一定量甲醛.長期接觸低劑量甲醛會引發慢性呼吸系統疾病,對神經、免疫系統等都產生毒害作用[9-11].2004年,甲醛被世界衛生組織國際癌癥研究機構(IARC)確定為第1類致癌物質.相關數據顯示,超過60%新裝修的居室空氣中甲醛濃度超標,甲醛已經成為室內最主要的化學污染物.許多學者對室內甲醛濃度以及裝修材料對人體造成的傷害進行了一系列研究[12-16],并提出許多有效的措施,來降低室內污染物對人體健康的危害.

本文以新裝修居民住宅、學校實驗室、校醫院為研究對象,采用乙酰丙酮分光光度法對室內甲醛濃度進行檢測分析,探究了溫度、濕度、通風等因素對室內甲醛濃度的影響,同時對比了某網絡熱銷市售甲醛清除劑和通風的效果.

1 實驗部分

1.1 材料和試劑

FC 空氣觸媒甲醛清除劑,日本KOKOROCARE 公司生產；冰乙酸(CH3COOH)、乙酸銨(NH4CH3COO)、乙酰丙酮(C5H8O2)、濃硫酸(ρ=1.84 g/m L)、甲醛溶液(質量分數37%～38%).

1.2 儀器

大氣采樣器(TH-110F)2臺,流量0～2 m L/min；UV6800A 紫外可見分光光度計.

1.3 實驗方法

在2019年3月至2019年8月,以新裝修家庭住宅、校醫院和學校實驗室等典型室內場所作為研究對象進行采樣.其中居民住宅面積包括客廳、主臥、次臥、廚房和陽臺,共計50 m2；校醫院房間為木質門,屋內存有木質桌柜,選取309與314為檢測地點；學校實驗室選取地下實驗室、化學樓119和化學樓419,地下實驗室為木質實驗臺,相對密閉,很少實驗；化學樓119存放甲醛溶液,通風良好.校醫院和學校實驗室房間面積均不大于20 m2.

采樣點設置在距墻壁1 m 且高度為1.2 m 處.采樣前,關閉門窗12 h.將甲醛吸收液裝入10 m L氣泡吸收管并連接采樣器,調節大氣采樣器的流量為0.80 L/min,采樣45 min,同時做平行樣.采樣流程嚴格按照《室內環境空氣質量監測技術規范》(HJ/T 167-2004)進行[17].

1.4 分析方法

甲醛濃度根據國家標準《空氣質量 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法》(GB/T 15516-1995)進行測定.實驗數據采用Origin2018統計分析,圖中數據均為多次檢測的均值.

2 結果與討論

2.1 溫度對室內甲醛質量濃度的影響

選擇住宅中的陽臺、次臥、主臥、廚房作為探究溫度與甲醛濃度關系的檢測地點；根據控制變量的原則,篩選出相對濕度為50%～60%的樣品,采取其中一定跨度的溫度范圍進行對比,如15～20℃、20～25℃等,得出如圖1曲線,檢測初期各房間溫度為15～25℃時,甲醛的質量濃度為0.02～0.06 mg/m3；當各房間的溫度為25～40℃時,甲醛的質量濃度為0.045～0.112 mg/m3,其中陽臺、次臥、主臥的甲醛質量濃度超過0.08 mg/m3(標準限值),室內甲醛的濃度隨著溫度的升高顯著增加.這是由于裝修材料中的膠黏劑主要含有以甲醛為主要成分的脲醛樹脂,裝修材料中殘留與未參與反應的甲醛會不斷地向環境中釋放,當溫度升高時,甲醛分子熱運動平均動能增加,增大甲醛從板材中的散發力度,有利于板材中更多的甲醛釋放出來[18].因此,新房的裝飾裝修應選擇室內溫度較高的時間如夏季進行,這樣可以加快甲醛的釋放揮發.

利用origin線性模型模擬室內甲醛濃度隨溫度的變化關系,陽臺、次臥、主臥、廚房的線性擬合的相關系數(R2)分別為0.977、0.945、0.900、0.942,即室內甲醛質量濃度與溫度呈明顯正相關.

2.2 相對濕度對室內甲醛質量濃度的影響

將主臥、次臥、客廳作為探究相對濕度與甲醛質量濃度關系的檢測地點,根據控制變量的原則,篩選溫度為(20±2.5)℃的樣品,采用一定跨度的濕度范圍進行對比,如40%～50%、50%～60%等；結果如圖2,當各房間濕度為40%～60%時,甲醛的質量濃度為0.018～0.032 mg/m3；當各房間濕度為60%～80%時,甲醛的質量濃度為0.031～0.045 mg/m3；室內的甲醛質量濃度隨著濕度的增加有一定程度的增加,這是因為甲醛的聚合物在濕度大的環境中會逐步水解,水解的過程中會釋放甲醛,同時,高濕度的環境也會促使已經固化的脲醛樹脂水解[19].

利用origin線性模型模擬室內甲醛濃度隨相對濕度的變化關系,主臥、次臥、客廳的線性擬合的相關系數(R2)分別為0.930、0.960、0.900,即室內甲醛質量濃度與濕度呈明顯正相關.

圖1 溫度對室內甲醛質量濃度的影響Fig.1 Effect of temperature on formaldehyde mass concentration in indoor environment

圖2 相對濕度對室內甲醛質量濃度的影響Fig.2 Effect of relative humidity on formaldehyde mass concentration in indoor environment

2.3 不同裝修房間甲醛質量濃度對比

對住宅的客廳、次臥、主臥、廚房、陽臺的甲醛濃度進行對比.如圖3所示,由于檢測時間處于夏季,陽臺受陽光照射,溫度高于其他采樣點,并且在安裝6扇窗戶時使用了大量的膠黏劑,故陽臺的甲醛質量濃度為0.077 mg/m3,明顯高于其他房間；由于只有客廳1組木質沙發,1個木質電視柜,且客廳的面積較大,利于通風,所以客廳的甲醛質量濃度最低,為0.049 mg/m3；次臥放置1張木質單人床,1張木質書桌,1扇木質窗戶,并且空間較為狹小,且安裝窗戶時使用了大量的膠黏劑,故其甲醛濃度高于客廳；由于主臥放置一張木質雙人床,2個衣柜安裝2扇木質窗戶,故其甲醛質量濃度僅低于陽臺.因此,在裝修新房時,應盡量減少不必要的裝修裝飾,避免或減少使用膠黏劑的使用,進而減少室內甲醛對人體健康的危害.

2.4 通風對室內甲醛質量濃度的影響

將實驗室(化學樓419、化學樓119、地下實驗室)、校醫院、住宅臥室作為檢測地點,探究通風對室內甲醛濃度影響,先對各檢測地點進行密閉取樣,再通風2 h后密閉取樣,甲醛濃度變化如圖4所示,通風前各房間室內甲醛的質量濃度分別為0.036、0.054、0.043、0.045、0.060 mg/m3,當各房間通風2 h后,各房間甲醛質量濃度分別為0.032、0.050、0.040、0.038、0.039 mg/m3；甲醛質量濃度分別降低11.0%、7.4%、7.0%、16.0%、35.0%,故通風對去除室內空氣中的甲醛有積極作用.由于臥室空氣中的甲醛濃度較高,且通風較為良好,空氣對流使得室內甲醛濃度下降速率較快,而地下室由于其相對密閉,下降的幅度最小.

圖3 不同裝修房間甲醛質量濃度Fig.3 Formaldehyde mass concentration in all types of room

圖4 通風前后各房間甲醛質量濃度變化Fig.4 Changes of formaldehyde mass concentration in each room before and after ventilation

2.5 甲醛清除劑除室內甲醛

選擇住宅內各房間(陽臺、廚房、次臥、主臥、客廳)作為甲醛清除劑檢測地點,探究甲醛清除劑除室內甲醛的效果.先對住宅進行甲醛質量濃度檢測,然后噴灑甲醛清除劑,噴灑1 d后檢測甲醛質量濃度,7 d之后再一次進行噴灑檢測.結果如圖5所示,甲醛清除劑使用前各房間甲醛濃度分別為0.091、0.053、0.089、0.093、0.069 mg/m3,第1次噴灑后各房間甲醛濃度分別為0.079、0.05、0.077、0.081、0.06 mg/m3,去除率分別為13.1%、5.6%、13.4%、12.9%、13.0%；第2次噴灑后各房間甲醛濃度分別為0.065、0.049、0.059、0.059、0.051 mg/m3,去除率分別為17.7%、2%、23.3%、27.1%、15%.

由圖5可見,各房間甲醛質量濃度都有不同程度的下降,其中臥室甲醛去除率最高,這是由于臥室甲醛質量濃度最高,釋放速率最快,可與甲醛清除劑快速發生氮化反應,生成氮化物與水,且甲醛清除劑會滲透入板材0.06μm 處,與甲醛反應并形成內部保護層,最大程度地減少甲醛的進一步釋放.

圖5 甲醛清除劑除室內甲醛Fig.5 Catalysts degrade indoor formaldehyde

3 結論與建議

1)溫度、相對濕度與裝修材料中甲醛的釋放速度呈明顯正相關,根據《居室空氣中甲醛的衛生標準》(GB/T 16127-1995)[20],室內空氣中甲醛衛生標準(最高容許濃度)規定為0.08 mg/m3；當所測住宅中室溫超過35℃時,臥室、主臥、陽臺均超過該標準.

2)室內甲醛濃度與室內通風呈顯著負相關,通風對化學樓419、化學樓119、地下室、校醫院、住宅的去除率分別為11.0%、7.4%、7.0%、16.0%、35.0%,因此,在入住之前可保持長時間的通風來降低室內空氣中甲醛的濃度；FC 空氣觸媒甲醛清除劑對陽臺、廚房、臥室、主臥、客廳的去除率分別為30.8%、7.6%、36.7%、40%、28%,其中陽臺、臥室、主臥在使用FC空氣觸媒甲醛清除劑后甲醛濃度可以達標.

3)建議新房裝修應選擇溫度較高的季節進行,這樣有利于污染物的釋放；臥室盡量減少使用含有甲醛的化工材料和涂料,進而減少甲醛釋放源；房子裝修完工后應進行長時間的通風,以降低室內甲醛濃度；當甲醛濃度較高時,可使用市售甲醛清除劑,室內空氣中甲醛濃度檢測達標后方可入住,以保證人體健康.