多孔炭材料治理室內空氣污染

??????? 近年來,室內空氣質量問題越來越受到人們的關注,室內空氣污染控制技術也正成為環境工程研究的新熱點。作為優良的吸附材料,多孔炭材料在室內空氣污染控制中日益得到廣泛的應用。本文將對多孔炭材料在室內空氣污染控制中的應用加以綜述并探討其發展方向。
??????? 1 室內空氣污染物的分類及治理現狀
??????? 室內空氣污染物通常可按照污染源的性質和污染物存在狀態兩種方法進行分類[1~2]。按照污染源的性質可分為物理性污染、化學性污染、生物性污染和放射性污染4大類。物理性污染是指由電磁輻射、、振動以及不合適的溫度、濕度、風速和照明等引起的污染。室內空氣質量標準(GB/T18883-2002)規定了濕度、相對濕度、空氣流速和新風量等4個參數。化學性污染是指由甲醛、苯系物、氨氣和懸浮顆粒物等引起的污染。室內空氣質量標準規定了SO2、NO2、CO、CO2、NH3、O3、苯并[α]芘、可吸入顆粒、總揮發性有機物等9個參數;甲醛、苯、甲苯、二甲苯也屬于揮發性有機物,但由于其嚴重危害性,將它們單獨列出,生物性污染是指由細菌、真菌、花粉、病毒、生物體有機成分等引起的污染,室內空氣質量標準規定了菌落總數1個參數。放射性污染也可歸為物理性污染,室內空氣質量標準中只規定了氡氣這一參數。
??????? 按照污染物存在狀態可分為懸浮顆粒污染物和氣態污染物兩大類。前者包括無機和有機顆粒物,微生物和生物溶膠。后者包括無機化合物、有機化合物及放射性物質。室內空氣污染主要是人為引起,尤以化學性污染最為突出。無論傳統“燃料型”污染物還是近來廣泛受到關注的“室內裝修型”污染物,基本上都屬于化學性污染,盡管其濃度較低,但多種污染物共同存在于室內,長時間聯合作用于人體,涉及面廣,接觸人多,對人體的影響最為嚴重。因此,目前國內許多工作都主要集中在化學性污染的防治上,而對大部分物理性污染(電磁輻射、、振動、以及不舒適的溫度、風速和照明)控制技術的研究鮮見報道。
??????? 室內懸浮顆粒污染物通常采用纖維過濾或靜電除塵進行處理,尤其以過濾式凈化方法居多。室內氣態污染物的成分復雜,濃度低,危害大,不宜集中處理,已成為室內空氣污染的重點。研究較多的有吸附法、催化法、負離子法、臭氧氧化法、非平衡等離子體法等[3~4]。這些方法各有優缺點,由于吸附法選擇性高,能分離其他方法難以分離的混合物,能有效清除濃度很低的有害物質,凈化效率高,設備簡單,操作方便,因此在實際中廣泛應用。
??????? 2 多孔炭材料及其在控制室內空氣污染中的應用
??????? 2.1 多孔炭材料的特性
??????? 多孔炭是指具有豐富孔隙結構的碳素材料,各種形態的活性炭是這類材料的典型代表。自18世紀發現木炭具有吸附氣體的作用以來,以活性炭為代表的多孔炭材料陸續在許多領域,尤其是吸附分離領域得到廣泛應用。活性炭具有高度發達的微孔結構,因而具有強大的吸附能力。由于孔徑分布寬,活性炭能吸附各種不同大小的分子,適用于室內污染物濃度低、成分復雜的特點。此外,與沸石、硅膠、活性氧化鋁等極性吸附劑相比,活性炭還具有非極性的特點[6]。因此,活性炭被廣泛用于吸附室內空氣中的氣態污染物[1,3~4,5-6]。
??????? 活性炭纖維是由有機纖維經炭化、活化而制得的新型炭材料。與顆粒狀活性炭相比,活性炭纖維比表面積更發達,微孔直徑小(集中在1nm左右)且豐富(微孔的體積占總孔體積的90%以上),同時微孔直接開口于纖維表面,因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附、脫附速度快等優點[7]。由于其結構和性能的特殊性,用活性炭纖維吸附室內空氣污染物已成為科研工作者的研究熱點[8~9],并展現出廣闊的應用前景。
??????? 2.2 多孔炭材料在室內空氣污染控制中的應用
??????? 2.2.1 揮發性有機氣體的凈化 
??????? 揮發性有機物大多屬于非極性或弱極性物質,因此適于選用非極性吸附劑來進行吸附。活性炭是一種非極性的多孔材料,對非極性或弱極性的揮發性有機物有較強的吸附能力。除此之外,由于活性炭的孔徑范圍寬,吸附容量大,因此廣泛用于吸附室內空氣中的揮發性有機化合物。活性炭對氣體的吸附能力可用“親合系數”和“平衡吸附容量”來表述,顆粒活性炭對一些氣體的親合系數分別為[4]:苯1.0、甲苯1.25、二甲苯1.43、甲醛0.52、氯乙烷0.75、丙酮0.88、氯仿0.86、四氯化碳1.05、正己烷1.35、正庚烷1.59、氨0.28。對一些有機物的平衡吸附容量見表1[9]。
??????? 由以上數據可見,活性炭材料對許多室內常見的揮發性有機氣體有良好的吸附性,相對無機氣體而言,對有機氣體的吸附性能更好一些。而活性炭纖維由于其巨大的比表面積和優異的孔結構,對許多有機物的平衡吸附容量優于顆粒活性炭。


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