活性炭纤维对甲醛气体吸附性能的研究

一、简介

甲醛 (formaldehyde, HCHO) 俗称蚁醛, 近年来成为室内空气中一种最为常见的挥发有机物, 可以诱导各组织器官的氧化损伤, 诱发肿瘤, 基因突变等各种疾病[1]。长期接触可使人精神萎靡不振、记忆力减退。因此, 如何有效地去除室内空气中的甲醛已成为当前研究的热点[2]。

活性炭纤维 (Activated Carbon Fibers, ACF) 是第三代高效活性吸附材料[3,4], 其含碳量高, 比表面积大, 微孔丰富, 因此有较大的吸附量和较快的吸附能力。

本文以净化室内空气中的甲醛为对象, 考察ACF的吸附性能, 为吸附技术在室内空气净化领域应用提供一定的参考价值。本文分别考察温度、湿度和时间对ACF吸附室内甲醛的影响, 为ACF吸附甲醛的应用提供理论基础。

二、实验部分

1. 仪器和药品

实验仪器:甲醛检测仪 (PPM-400, 英国PPM公司) ;马弗炉;微量进样器温;湿度测量仪;电热式蒸汽加湿器;除湿机;微型循环泵。

实验药品和试剂:活性炭纤维 (s Y1600, 南通森友碳纤维有限公司) 甲醛溶液 (AR) ;自制双重蒸馏水。

2. 制备活性炭纤维 (ACF) 吸附剂

将活性炭纤维毡剪成约10*10mm2的方块, 然后将ACF用蒸馏水洗涤并浸泡10min。放置于烘箱中在100℃下烘120h, 自然冷却后常温干燥24h。

3. 实验装置和操作方法

试验装置系统由空气泵、胶皮软管、微量进样针、进样阀、玻璃管缓冲容器、阀门构成。

操作方法:将少量脱脂棉塞入进样阀中, 注射甲醛溶液在脱脂棉上。脱脂棉吸附甲醛后, 甲醛慢慢释放出来, 开启空气泵即可往实验舱进样。

进样时间:由实验所需的甲醛浓度大小来确定。

4. 甲醛污染源模拟

对新装修的住宅进行了室内空气甲醛浓度进行取样测试[5], 本实验甲醛的初始浓度由此次取样测试的数据来确定, 浓度为0.5mg/m3。

5. 实验步骤

将试验装置连接好后, 放入自制的ACF, 采用微量进样法进样至0.5mg/m3, 开始实验, 试验时间为120min, 使用PPM400甲醛检测仪每隔一段时间在采样口采样, 并读取甲醛浓度。

6. 评价指标

以甲醛吸附率为指标来评价活性炭纤维的吸附性能, 吸附率 (%) =C/C0, 式中, C―某时间点实验舱内甲醛浓度;C0—初始甲醛浓度。

三、结果和讨论

1. 时间因素对活性炭纤维吸附的影响

控制温度为25℃, 湿度为50%, 模拟甲醛初始浓度为0.5mg/m3, 吸附脱除时间为120min, 前一个小时每15min测一次甲醛的浓度。吸附效果如图1所示。

从图1可以看出, ACF对甲醛的吸附速度很快, 15min前ACF对甲醛的吸附速度极快, 60min后对甲醛的吸附就基本达到平衡。实验结果表明ACF对甲醛有极快的吸附速率, 吸附能力较强。ACF表面有大量的微孔, 孔径分布均匀比表面积大, 吸附速度快, 阻力较小, 因此ACF对甲醛吸附非常迅速。

2. 温度因素对活性炭纤维吸附的影响

本实验控制反应器内湿度50%, 温度分别控制在15℃、25℃和30℃, 甲醛初始浓度为0.5mg/m3, 吸附脱除时间120min, 每20min测一次甲醛的浓度。脱除效果如图2所示。

从图2可以看出, 温度对ACF吸附甲醛性能有较大的影响, 甲醛吸附效率随着温度的升高而降低。这是因为温度越高, 物理吸附越弱。

3.湿度因素对活性炭纤维吸附的影响

控制温度为25℃, 控制湿度分别为40%、45%和50%, 甲醛初始浓度为0.5mg/m3, 吸附脱除时间为120min, 每20min测一次甲醛的浓度。脱除效果如图3所示。

从图3可以看出, 湿度对ACF吸附甲醛有一定的影响, 随着湿度的增加, 甲醛吸附率越大, 但湿度的变化对ACF吸附脱附效果的影响不大, 在三个不同湿度条件下ACF吸附甲醛的效果基本一致。

总结

实验结果表明, 吸附时间、温度和湿度等因素对ACF吸附甲醛的性能有较大的影响。ACF对甲醛的吸附速度很快, 吸附前15min活性炭纤维对甲醛的吸附速度极快, 60min后吸附就基本达到平衡;温度越低, 吸附效果越好, 活性炭纤维吸附剂在温度15℃时对甲醛吸附脱除率最好。

摘要：本论研究了活性炭纤维 (ACF) 对甲醛气体的吸附性能, 并考察了吸附时间、温度和湿度等因素对吸附性能的影响。研究结果表明:吸附时间、温度和湿度对吸附性能也有一定的影响。

关键词：活性炭纤维 (ACF) ,吸附,甲醛

参考文献

[1] Malek, F.A.M ritz, K.-U., Fangh nel.Effects of a single inhalative exposure to formaldehyde on the open field behavior of mice.International journal of hygiene and environmental healt, 2004, 207 (2) :151-158.

[2] 胡刘平, 莫开林, 杨凌, 张碧.活性炭对甲醛吸附的研究.四川林业科技, 2007, 28 (4) :52-54.

[3] Cheng, X.-z., Xiao, J.-y., Xie, Z.-f., Song, Y.-c.Research and application progress of activated carbon fiber.Materials science and engineering, 2003, 21 (2) :283-288.

[4] 程祥珍, 肖加余, 谢征芳, 宋永才.活性炭纤维研究与应用进展.材料科学与工程学报, 2003, 21 (2) :283-288.

[5] 王谋凤, 于凌志.新装修住宅室内空气甲醛污染调查分析.海峡预防医学, 2000, 6 (2) :17-19.