膨润土在室内甲醛污染防治应用中的可行性讨论

谭健华,陈树沛

(1.广东省江门市冈州建筑工程有限公司,广东 江门 529100;2.广东省江门市新会区环境科学研究所,广东 江门 529100)

1 引言

随着经济的发展和生活水平的提高以及居住条件的改善,大量的新型装饰材料被广泛地应用于家庭装修中,造成严重的室内环境污染。室内空气污染在国际上已被列为危害健康的5大因素之一。中国室内环境监测中心和健康医疗中心总结出室内环境污染主要是由甲醛、苯、氨和放射性物质这4种污染物所引起的,其中甲醛为首,称为室内环境的“第一杀手”。

2 室内甲醛污染

2.1 甲醛的性质及危害

甲醛是室内可挥发性有机化合物中的主要成分,是蛋白质凝固剂,属原浆毒类,能与蛋白质结合,造成局部皮肤甚至全身的过敏反应,如皮肤直接接触甲醛可以引起过敏性皮炎、色斑、坏死,吸入高浓度甲醛时可以诱发支气管哮喘。甲醛已于2004年被国际癌症研究机构(IARC)列为第一类致癌物质。甲醛可引起人类的鼻咽癌、鼻腔癌、鼻窦癌、肺癌、血癌、皮肤和消化道的癌症。

2.2 室内空气中甲醛的主要来源

室内甲醛的来源一般来自室外或室内。其中室内甲醛也可来自室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等。而现在普遍认为室内的来源为室内甲醛的主要来源,其主要来源一般有以下几个方面。

(1)来自于用作室内装饰的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等人造板材中的胶粘剂脲醛树脂。板材中残留的和未参与反应的或者热压时未完全固化产生的又或者板材在使用过程中结构降解放出的甲醛会逐渐向周围环境释放,从而导致室内空气中甲醛含量超标。

(2)来自于含有甲醛成分的其他各类装饰材料,比如乳胶漆、粘合剂、油漆、涂料和合成纤维等。

(3)来自室内装饰纺织品,包括床上用品、墙布、化纤地毯、窗帘和衣服等,其在纺织生产中,常加入一些含有甲醛的助剂。

(4)来自烟叶和燃料不完全燃烧。

(5)来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、印刷油墨以及医用的消毒剂和防腐剂,其中有些可能含有甲醛。此外,一些文献还报道甲醛也可以来源于食物[1]。

3 膨润土于室内甲醛污染治理的可行性分析

膨润土(Bentonite)又称斑脱岩或者膨土岩,其主要组成成分是蒙脱石。膨润土为一种性能十分优良、经济价值较高、应用范围较广的粘土资源,有着“万能粘土矿物”的美誉。因其特有的成分以及结构特征而具有良好的吸附、过滤、分离、离子交换、催化等优异的物理性能和化学性能。据统计,与膨润土有关的产品现在己达400～500种,应用涉及环保、日用化工、交通等领域。

通过酸、氧化剂、无机盐、有机物等物质对天然膨润土进行改性,可明显改善其对有机污染物的吸附性和离子交换性能,其吸附性能优于天然膨润土。目前,在环境污染治理领域应用较多的改性膨润土有酸活化膨润土、有机膨润土、交联膨润土以及有机交联膨润土等。具有良好环境属性的膨润土作为一种新型环境材料使用日益重视,而且其储量丰富(我国膨润土资源仅次于美国,居世界第2位),便于加工,价格低廉,开发膨润土产品用于环境治理具有巨大的社会效益和经济效益。

3.1 当前室内甲醛污染的防治方法

3.1.1 控制板材的甲醛散发

(1)人造板甲醛90%散发源于脲醛树脂(UF树脂),降低尿素与甲醛的摩尔比(FU比)是行之有效的方法;也可以通过在脲醛树脂等胶粘剂中加入甲醛捕捉剂,增强UF树脂抗水解的能力,利用非甲醛类胶粘剂替代UF树脂等减少甲醛散发。

(2)在满足满足制板要求的前提下,提高木纤维质量,令原料搭配适宜,调整热压工艺,可以降低胶粘剂使用量,从而降低板材中甲醛释放量。

(3)板后期处理是直接向甲醛系树脂中添加有机化合物作为甲醛捕捉剂,或在装饰板的纸质基材上制造甲醛捕捉层,以及在其表面保护层中加入甲醛捕捉剂的方法,用来有效地捕捉从其内层材料中释放的甲醛,同时也可捕捉从室内其它物品中放出的甲醛。

3.1.2 利用空气调节方法

不论是自然通风或是机械性通风,都对去除甲醛有明显效果,可以改善室内的空气质量。

3.1.3 吸附净化技术

在室内甲醛污染吸附净化上,活性炭是最常用的吸附剂。在此同时,学者们对竹炭、霍加拉特剂、沸石分子筛膨胀石墨与茶叶等物质[2～7]对甲醛的吸附情况进行了探索,增加了甲醛的吸附剂的可选性。此外,生物净化方法(主要依靠植物代谢将有毒气体转化分解)也是一种可行的甲醛治理方法。

3.2 膨润土应用可行性的分析

在治理甲醛的现有方法中,吸附法因其效率高、富集功能强、不会造成二次污染等优点而成为近年来治理低浓度有害气体的有效方法,得到广泛应用。气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体混合物中的一种或数种组分被浓集于固体表面,而与其他组分分离出来。虽然所有的固体表面对于流体都或多或少地具有物理吸附作用,但合乎要求的吸附剂必须具备以下条件。要具有巨大的内表面,而其外表面往往仅占总表面的极少部分,故可看作是一种极其疏松的固体泡沫体;对于不同气体具有选择性的吸附作用;要具有较高的机械强度、化学与热稳定性;吸附容量大;来源广泛,造价低廉;良好的再生性能。

实际上,很难找到一种吸附剂能同时满足上述要求,因而在选择吸附剂时要权衡很多方面因素。膨润土及改性膨润土对水中污染物吸附能力很强,根据膨润土吸附污染物的机理,笔者预计其对甲醛气体应该也有良好的吸附性能。

在理论研究上,20世纪80年代以来,国外不少学者[8～10]就开始研究膨润土对挥发性有机化合物(VOCs)的吸附情况,分析了其吸附行为,发现膨润土这些粘土矿物对气态有很强的吸附能力。国内,朱利中等人[11～14]率先研究探讨了膨润土原土、单阳离子有机膨润土及阴-阳离子有机膨润土对苯蒸气的吸附性能、机理及影响因素,发现有机膨润土对苯蒸气有良好的吸附性能,表明有机膨润土具有较大的开发、应用潜力。

而在应用的层面上,惠博然利用膨润土制造香烟的复合滤嘴,发现对卷烟烟雾中焦油具有明显的吸附作用,对焦油中的自由基也具有明显的吸附作用。针对室内空气污染日本等国已经有利用膨润土研发出来的治理产品,并申请了专利。

3.3 膨润土治理甲醛污染方案

3.3.1 作为甲醛捕捉剂

膨润土作为甲醛捕捉剂的想法前人就有提出。其可以加入到胶粘剂里面,作为多孔无机填料,减少了人造板甲醛释放量。也可以直接作为后处理,加入到各类板材表面。

3.3.2 作为空气净化产品

当前,很多空气净化器的物理吸附多采用孔性多、表面积大的活性碳、硅胶、氧化铝和分子筛等作为有害气体吸附剂。同理,应用膨润土作为空气净化产品的吸附材料,可以作为空气净化机的吸附芯体,也可以其制作空气净化剂直接使用。

3.3.3 作为建筑装修材料的添加物

膨润土作为一种良好的建筑材料和装修材料,被广泛应用墙体、涂料等方面。在白乳胶、泡沫塑料、油漆和涂料等在建筑装修材料中添加相应的膨润土,可以抑制污染物的散发,有效的减少空气中的污染物。

4 结语

相比活性炭等常用吸附剂,膨润土及改性膨润土用室内甲醛污染物吸附剂,具有以下优点：原料储量丰富,价廉易得;吸附剂制备工艺简单,吸附性能良好,研制周期短,使用成本低;可有效去除空气中的无机和有机的污染物;具有较高的化学和生物稳定性,不存在因自身而引起的附加反应;容易再生。但同时我们也应该看到,目前的研究还刚起步,仅局限于实验室,产品开发更是基本空白。但作为室内甲醛治理新材料,膨润土研究开发具有很大的研究、应用潜力,它无疑是解决我国室内污染治理的一条可行之路。

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