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slivingstandard,peopleonindoorcomfortputforwardhigherrequest,indoorairpollutiononhumanhealtheffectsalsoaremoreandmoreconcerned.Andformaldehydeforsourcewide,toxic,pollutionhasbecomealongmainpollutantssuchasindoor,seriouslyaffectinghumanhealth,andcontrolindoorformaldehydepollutionhasisapriority.
Thisarticlethroughtothesource,formaldehydeformaldehydeanalysisoftheharminrecentyearsathomeandabroadandtheresearchofformaldehydemanagementtechnology,considertousemetaloxidedegradationindoorformaldehyde.Mainlybecauseadsorptionmaterialsaging,needoftencleanorreplace,inthedegradationofindoorformaldehydenano-tio2theroleofobvious,buttheresponsemusthavehighintensityofultravioletlightshinesonpollutionconcentrationlowerstillis.
Therefore,thisexperimentusedismetallicoxidedegradationindoorformaldehyde.Inthestudyfoundthatinallmetaloxides,thehighesttoformaldehydemno2reactive,inactualapplicationprocessissimple,theoperationconditionseasilytocontrolandfreeofsecondarypollution,thispaperisbasedoncharacteristicsoftheindoorformaldehydecatalyticoxidationmanganesedioxideexperimentresearch,throughexperimentaldata,andactivatedcarbon,plant,itisconcludedthatthecontrastexperimentofcatalyticmno2effect.
Keywords:
indoorairpollution;
Formaldehyde;
Metaloxidation;
Manganesedioxide;
Activatedcarbon
目录
摘要I
AbstracII
1.绪论1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2室内空气污染概述1
1.2.1室内空气污染简介1
1.2.2室内空气污染源和污染物3
1.3我国室内空气污染的典型污染物4
2.室内装修的头号“杀手”——甲醛5
2.1甲醛的物理化学性质5
2.2甲醛的来源与危害7
2.2.1室外空气的污染7
2.2.2室内污染源污染7
2.2.3甲醛的危害8
2.3影响室内甲醛浓度的因素10
2.4甲醛治理的方法10
2.4.1通风换气法11
2.4.2吸附法11
2.4.3高温烘烤12
2.4.4空气负离子技术12
2.4.5化学氧化法12
2.4.6生物法13
2.2.7催化氧化法13
2.2.8非平衡等离子体空气净化法14
2.2.9液体吸收法去除甲醛的研究进展15
2.5甲醛的监测方法15
2.5.1分光光度法15
2.5.2色谱法17
2.5.3电化学法18
2.5.4化学滴定法19
3.金属氧化物降解甲醛的实验21
3.1本次实验中主要涉及到的药品及材料21
3.1.1二氧化锰21
3.1.2活性炭22
3.1.4植物23
3.1.5空气舱23
3.1.6甲醛测定仪24
3.2实验内容及步骤25
3.2.1实验目的25
3.2.2实验仪器25
3.2.3实验药品25
3.2.4植物去除甲醛的实验26
3.2.5活性炭去除甲醛的实验27
3.2.6二氧化锰降解甲醛29
3.2.7注意事项:
31
4.结论32
致谢33
参考文献34
附录35
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着经济发展和生活水平的提高,人们越来越崇尚办公和居室环境的舒适化、高档化和智能化,由此带动了装饰装饰热潮和室内设施现代化的兴起。
新建筑、装潢材料的推广和更多家用化学剂的使用,如:
各种香味剂、除臭剂、杀虫剂、灭蚊剂等,造成室内空气严重污染且比室外空气污染严重得多。
据中国预防医学科学院提供的资料,随着电视等室内娱乐设备的普及,现代人在室内工作、学习、生活的时间随之增多,人们约80%以上的时间是在室内度过的,室内环境质量的好坏直接关系到人们的身体健康。
室内空气中污染物种类较多,按性质可分为物理污染物、化学污染物、生物污染物和放射污染物。
有关资料归纳出的室内主要的污染物有:
⑴苯、多环芳烃等挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds,VOCs);
⑵甲醛;
⑶氨气;
⑷颗粒污染物(包括悬浮粒子和微生物等);
⑸氡及其衰变子体;
⑹CO和CO
;
⑺NOx、SOx和O
。
而空气中的甲醛被称为室内装修的头号“杀手”,是室内空气污染危害最严重且最常见的污染物之一,而且甲醛的室内污染具有长期存在性,甲醛的释放期长达3—15年,室内装修后1—2年内甲醛不可能完全挥发掉,从而导致了室内甲醛有害气体的超标,所以应引起特别重视。
随着现代医学的发展,发现许多的疾病的发生发展与甲醛对人们的毒害作用息息相关。
流行性病学研究表明,甲醛对人体有害,美国职业安全卫生研究所(NIOSH)已将甲醛列为人体可疑致癌物,在2004年6月世界卫生组织国际癌症研究中心(IARC)发表的报告中称高浓度的甲醛能导致耳、鼻和喉癌。
近年来随着人们环保意识的加强,以及对室内环境质量要求的提高,甲醛污染问题刺激着各国科技人员研究和开发非醛替代品。
确定快速简便的监测方法和安全有效的净化手段已经是当务之急。
1.2室内空气污染概述
1.2.1室内空气污染简介
室内主要是指居室内,从广义上讲室内包括办公室、会议室、教室、医院等室内环境和宾馆、餐馆、影剧院、图书馆、商店、体育馆、网吧、候车室、候机室、托儿所、养老院等各种室内公共场所以及交通工具内等闭合空间。
健康的室内环境主要是指无污染、无公害、有助于消费者身体健康的室内环境。
室内的建筑、设计和装饰,不仅要满足人的生存、审美的需求,还要满足人的健康和安全需求。
由国家质量监督检验检疫局、国家环保总局、国家卫生部制定的我国第一部《室内空气质量标准》,明确提出“室内空气应无毒、无害、无异常嗅味”。
1.2.1.1我国室内空气质量状况
20世纪90年代,随着人们生活水平的提高,引起居室室内空气污染的最主要原因是不良装修,即人们在装修过程中使用了含有大量有害物质如:
甲醛、挥发性有机物(VOCs)等的一些装饰材料。
而传统的室内污染物,如SO
、CO、CO
、NOx等由于抽油烟机的广泛采用和燃料结构的变化,对室内空气的污染程度已大大降低。
我国目前室内空气质量的状况不容乐观,与城市现代化的发展不相适应,出现多起室内污染事故。
南开大学环境科学与工程学院2000年冬季曾对天津市某新建小区新装修的家庭进行了室内空气污染物监测,结果表明,装修后的室内空气中的甲醛、苯系物等污染物浓度明显高于装修前,且出现了超标现象。
2004年2月北京劳动保护研究所室内环境检测中心对52辆新车和54辆旧车内的甲醛、苯系物和其他可挥发的有机物进行了检测,结果表明汽车内空气污染严重。
此外来自混凝土、水泥、花岗岩等建筑材料中的放射性元素—氡,亦成为不容忽视的无形杀手,据不完全统计,中国每年因氡致肺癌的人数约在五万以上。
目前,全国室内污染投诉显著增加,据全国消费者协会统计,装饰、装修造成室内环境污染成为消费者投诉的五大问题之一。
1.2.1.2国外室内空气质量的现状
在美国、西班牙、澳大利亚、英国以及其他发达国家都曾爆发因室内污染引起的军团病(系军团菌引起,因美国退伍军人大会期间发现而命名),并导致大量人员死亡。
美国120万商业建筑物中有2500万工作人员患建筑综合症,日本约有30%的住宅因为使用有害的化学物质而引发居住者的“新居综合症”。
荷兰住房与建设部的报告指出,被调查的雇员中因患与工作环境质量有关的疾病平均每年请病假两天半,估计每年造成办公或营业场所员工的工作日损失达100万个。
美国一项历时5年的专题调查发现,许多居民和商用建筑室内空气污染是室外的2~5倍,有的甚至超过100倍。
需要特别指出的是,控制污染由室外到室内的变化之间并没有不可逾越的界线。
日本20世纪50~70年代的经济高速发展,带来了比较严重的环境污染问题。
自20世纪60年代后期开始,日本政府在治理室外环境污染的同时,也着手制定有关法规,加强室内空气污染的控制并取得良好的效果,日本至今没有出现过普遍和严重的室内空气污染问题。
1.2.2室内空气污染源和污染物
室内空气污染物包括物理、化学和生物污染,来源分为室内和室外两部分。
室内来源主要包括:
日用消费品和化学品的作用、建筑材料和个人活动。
如各种燃料燃烧、烹调油烟及吸烟产生的CO、NO
、SO
、悬浮颗粒物、甲醛、多环芳烃等;
室内淋浴、加湿空气产生的卤代烃等化学污染物;
建筑、装饰材料、家具和家用化学品释放的甲醛和挥发性有机物(VOCs)等以及放射性氡及其子体;
家用电器和某些办公设备导致的电磁辐射等物流污染和臭氧等;
通过咳嗽、打喷嚏等喷出的流感病毒、结核杆菌、链球菌等生物污染物;
室内用具产生的生物性污染,如床褥、地毯中孳生的尘螨等。
室外来源主要有:
室外空气中的各种污染物包括工业废气和汽车尾气通过门窗、孔隙等进入室内;
人为带入室内的污染物,如干洗后带回家的衣服,可释放出四氯乙烯等挥发性有机化合物;
将工作服带回家中,可使工作环境中的苯进入室内等。
二氧化氮(NO
)环境烟草烟雾(EnvironmentalTobaccoSmoke,ETS)、病原微生物、甲醛污染是室内引起呼吸系统健康效应的主要因子。
在发达国家,ETS可能是导致室内空气污染的最重要的因子。
吸烟者家庭中室内空气中悬浮颗粒物质浓度明显高于无人吸烟的家庭。
许多研究者都研究了ETS对儿童呼吸系统症和肺功能的影响,而对成人非癌症生物效应的研究还不充分。
通风和空调系统是军团菌的主要来源。
此外,传染性微生物也可在其他地方繁殖,也就是说只要有符合他们生长的需要基质、温度和湿度传染性微生物即可繁殖。
居室中,生物污染源更经常地形成于厨房或厕所的墙壁和地板潮湿处。
室内装修采用的木制人造板和脲醛隔热泡沫材料是室内甲醛污染的主要来源:
特别地,劣质材料的使用将会导致室内空气甲醛的长期污染;
ETS也是甲醛的重要来源。
1.3我国室内空气污染的典型污染物
根据目前的研究发现,室内空气污染主要来源于燃煤、燃气、室内吸烟、装修活动、家用电器、室内烹调、化妆品与生活化学用品的使用。
归结起来,室内空气主要有8类污染物质:
燃烧副产物、微生物和过敏源、甲醛和其他有机化合物VOCs、石棉纤维、烟草烟雾、氡、氨、颗粒物等。
本次实验研究主要是针对室内污染物的头号杀手“甲醛”。
2.室内装修的头号“杀手”——甲醛
2.1甲醛的物理化学性质
甲醛又名蚁醛,分子式为HCOH,是由霍夫曼1867年发现的。
甲醛是一种原生霉素,其分子量为30.03,与空气相对密度非常接近。
在常温下位无色有辛辣刺激气味的气体,易溶于水、醇、醚,溶解过程系放热反应。
甲醛被确认为有效的杀菌和消毒物质,其35%-40%的水溶液通常被称为“福尔马林”,是医学上常用的防腐剂。
也因此,医学解剖室的空气甲醛含量通常比较高,很多关于甲醛监测工作的文献都是以解剖室为调查研究对象的。
甲醛是一种工业原料,是生产树脂的主要原料,这些树脂主要用作黏合剂。
各种人造板、新式家具的制造,墙面、地面的装饰铺设都要使用黏合剂,因而会有甲醛释放出来。
甲醛还具有加强板材的硬度及防虫、防腐的功能,所以被广泛应用于各种建筑装饰材料之中。
此外,某些纤维地毯、塑料地板砖、油漆涂料等均含有一定的甲醛。
所以甲醛是室内空气的主要污染物之一,甲醛可经呼吸道吸收,也可经消化道吸收。
深入了解甲醛的化学性质对于寻找适合的甲醛去除剂具有重要意义。
甲醛分子结构中存在羰基氧原子和a-氢原子,化学性质很活泼,能与许多化合物进行反应。
总结甲醛发生的反应,主要有以下几种:
(1)甲醛极易聚合,条件不同,生成的聚合物不同。
气体甲醛在常温下,即能自行聚合,生成三聚甲醛。
工业上是将60%—65%的甲醛水溶液,约在2%硫酸催化下煮沸,就可得到三聚甲醛。
在甲醛水溶液中,甲醛与其水合物成平衡状态存在,将甲醛水溶液慢慢蒸发,甲醛水合物分子间即发生失水聚合,生成链状聚合物多聚甲醛。
多聚甲醛是白色固体。
甲醛水溶液贮存久了,也易析出多聚甲醛。
三聚或多聚甲醛加热,都可解聚为甲醛。
因此,工业上常用此法来制备无水的气态甲醛,许多涉及甲醛的实验中,也采用此法制备甲醛气体。
高纯度的甲醛(99.5%以上)在催化剂如BF
等的催化下,可生成相对分子质量为数万至十多万的高聚物,称为聚甲醛。
聚甲醛是具有优良物理性能和化学性能的工程塑料,它可代替某些金属制造轴承、齿轮、泵叶轮等多种机械配件。
(2)甲醛与氨反应,生成环状化合物—六亚甲基四胺,俗称叫乌洛托品。
乌洛托品为白色晶体,熔点263C,在医药上用于抗流感,抗风湿和尿道消毒。
氨基生成的能进一步反应凝结变性,使蛋白质变硬、不溶解、性质稳定,失去原有的生命活性。
这就是甲醛水溶液能防腐杀菌的原因。
(3)在微量碱的作用下,与氢氰酸加成,生成氰醇HOCH
CN,此即Manish反应。
(4)与亚硫酸盐进行加成反应生成甲醛基酸式硫酸钠盐,进一步处理可得甲醛基次硫酸钠盐,此反应可逆。
(5)与亚硫酸氢钠的饱和水溶液发生加成反应,生成a-羟基磺酸钠,此物质易溶于水,不溶于饱和的亚硫酸氢钠溶液。
(6)在干燥氯化氢存在下,与无水醇加成,生成办缩醛,办缩醛不稳定,容易分解成原来的醛和醇。
但在酸性条件下,办缩醛可继续与另一分子醇失水,即得稳定的缩醛。
(7)甲醛可以与格式试剂加成,生成伯醇。
(8)与氨的衍生物(如羟胺、苯肼、氨基脲)加成,生成不稳定化合物随即发生脱水消除反应,最终反应物为甲醛、甲醛苯腙、甲醛缩氨脲。
(9)品红是一种红色染料,将二氧化硫气体通入品红溶液中可得无色品红醛试剂(也称Schiff试剂),这种试剂与醛类作用显出紫红色,反应非常灵敏,是醛特有的检验方法。
这一方法也可用于醛的比色分析。
甲醛所显的颜色加硫酸后不消失,而其他醛所显的颜色则退去,因而也可以用以区别甲醛与其他醛类。
(10)在中性或碱性条件下与酰胺进行加成反应生成单甲醇基和二甲醇基的衍生物。
(11)在碱存在下,可与正丁醛缩合生成三羟甲基丙烷或与异丁醛缩合生成新戊二醇。
(12)在NaOH溶液中自身缩合生成羟基乙醛,即Formose反应。
(13)与苯酚缩合生成酚醛树脂。
(14)在Lewis酸存在下,芳香族化合物与甲醛和HCl或HBr反应,在芳环上可引入—CH
Cl或—CH
Br,这一反应称为卤甲基化反应。
(15)在过渡金属催化剂(如碳基钴、氧化铑、氟化氢、氟溴酸),液体或固体催化剂作用下与一氧化碳生成乙醇酸;
在醇条件下,在Co或Rh过渡金属催化剂作用下,与一氧化碳生成丙二酸或丙二酸酯。
(16)甲醛在催化剂的作用下能还原成甲醇、甲酸甲酯、甲烷或使用甲醛深度氧化成甲酸、CO
和H
O,这些催化剂可以是金属(如:
Pt,Cr,Cu等)或金属氧化物(如MnO
,Cr
O
等)。
(17)甲醛的连有氢原子,所以比较容易被氧化。
以下几种弱氧化剂可以与甲醛反应,作为区分醛和酮的依据:
多伦试剂(氢氧化银的氨溶液)、菲林试剂(硫酸铜溶液+氢氧化钠和酒石酸钾钠混合液)、班乃狄克试剂(硫酸铜、碳酸钠和柠檬酸的混合液)。
(18)甲醛还可与强氧化剂,如K
Cr
+H
SO
,KMnO
+H
等作用,生成甲酸进而生成二氧化碳和水。
2.2甲醛的来源与危害
了解掌握室内空气中甲醛,对甲醛污染的净化控制才能有的放矢。
分析室内空气中甲醛污染的来源,要从室内室外两个方面综合考虑。
2.2.1室外空气的污染
自然界中存在的天然甲醛是多种自然过程的产物。
例如在森林火灾时有甲醛产生,腐殖质被阳光照射也能产生甲醛。
多种细菌、藻类、浮游生物和植物也能释放甲醛。
工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等在一定程度上均可排放或产生一定量的甲醛,但是这一部分含量很少。
据有关测定结果:
城市空气甲醛的年平均浓度大约是0.005-0.01mg/m
,一般不超过0.03mg/m
这一部分气体在一些时候可进入室内,是构成室内甲醛污染的一个来源。
2.2.2室内污染源污染
(1)来自建筑和装饰材料
因为甲醛具有较强的黏合性,还具有加强板材的硬度及防虫、防腐的功能,所以用来合成多种黏合剂,如脲醛树脂、三聚氰甲醛、氨基甲醛树脂、酚醛树脂等。
因此,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均含有甲醛。
目前生产人造板使用的胶黏剂是以甲醛为主要成分的脲醛树脂,板材中残留的和未参与反应的甲醛会逐渐向周围环境释放,是形成室内空气中甲醛的主体。
脲醛树脂制成的和未参与反应的甲醛会逐渐向周围环境释放,是形成室内空气中甲醛的主体。
脲醛树脂制成的脲—甲醛泡沫树脂隔热材料(urea-formaldehydefoaminsulation,UFFI),可制成预制板作建筑物的维护结构,也可作填充材料起隔热保暖作用,国外的可移动房就是大量使用UFFI作为建筑材料。
据研究,用UFFI的室内甲醛一般为3.35mg/m
,有时可达13.4mg/m
所以,丹麦、美国等国家相继作出规定:
限制或禁止向家庭出售以脲醛树脂作为黏合剂的板材,或者在使用前要对产品进行检测。
另外,新式家具、墙面、地面的装修辅助设备中都采用粘合剂。
因此凡是有用到粘合剂的地方中会有甲醛气体释放,对室内环境造成危害。
检测表明家庭居室空气中甲醛的浓度可达0.05%~2%m
(2)来自烟叶和燃料的不完全燃烧
香烟主流烟雾中甲醛平均浓度为212mg/m
,侧流烟雾为18~58mg/m
,每天吸一包烟主流烟雾甲醛累计暴露为0.188-2.382mg,平均1mg。
在30m
的室内吸两支烟,可使室内空气中甲醛高达0.1mg/m
以上。
(3)来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、印刷油墨、纺织纤维以及医院和科学实验室内使用的消毒剂和防腐剂。
这些物质中有些可能含有甲醛,尤以病理及解剖实验室常直接用福尔马宁作防腐剂时甲醛对空气的污染最为严重。
(4)来自于食物
食物中也都含有甲醛,荷兰的一项调查表明162种谷类食品中53%样品甲醛含量超过1mg/kg,20%样品超过2mg/kg,一些肉制品含量高达20mg/kg。
食品中甲醛的来源一是生食中天然存在的,而是烹调加工过程中形成的。
人每天通过食品摄入的甲醛含量为1.5~14mg。
2.2.3甲醛的危害
人们日常室内生活中主要是通过呼吸道和消化道来接触甲醛污染的,甲醛对人体的危害是近年来医学上研究的一个热点。
对甲醛危害的认识经历了一个初识危害,怀疑危害到确认危害的过程。
自从04年6月份世界卫生组织的国际癌症研究中心称高浓度的甲醛可引发耳、鼻、喉之后,甲醛对人体的诸多危害研究摆到了人们面前。
在通常条件下,纯甲醛是一种带有窒息性气味的无色气体,对人的眼睛和呼吸系统有着强烈的刺激作用。
现代研究表明,甲醛对人体有负面健康影响。
甲醛是世界上公认的潜在致癌物,长期接触低浓度的甲醛引起的主要症状是流泪、打喷嚏、咳嗽,甚至出现眼结膜炎以及支气管炎等,高浓度的甲醛对于中枢神经系统、免疫系统、肝脏都有毒害可以引起中枢神经系统、体内酶活性的改变以及内分泌、免疫系统的改变,且潜伏期长。
甲醛引起人体不适感的试剂量见表2.1。
表2.1甲醛质量浓度与人体不适感的关系
质量浓度(mg/m3)
对人体的影响
0.06~0.07
嗅到臭味
0.12~0.25
50%的人闻到臭味,粘膜受到刺激
2.5~6.2
眼睛、感官受刺激、打喷嚏、咳嗽,起催眠作用
>
12
刺激加强,呼吸困难
60
引发肺炎、肺气肿,导致死亡
近年来,国家先后制订了《居室空气中甲醛的卫生标准》(GB/T16127-1995)《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)等室内环境标准,对室内甲醛最大容许浓度进行了限值。
世界各国对室内甲醛的浓度也有明确的限制。
表2.2世界各国室内甲醛浓度的指导限值或最大容许浓度
国家或组织
限值(mg/m3)
评述
WHO
<
0.1
总人群,30分钟指导限值
丹麦
0.15
总人群,基于刺激作用的指导限值
德国
0.12
芬兰
0.30/0.15
对老/新(1981年为界)建筑物的指导限值
意大利
暂定指导限值
荷兰
基于总人数刺激作用的敏感者的致癌作用,标准值推荐指导限值
挪威
0.06
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- 金属 氧化 降解 空气 中的 甲醛 技术研究