劉寶成，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

活性炭吸附去除室內(nèi)甲醛的研究進(jìn)展

劉寶成，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

敘述了甲醛的來源及危害，闡述了活性炭的種類、吸附機(jī)理，以及不同活性炭對(duì)甲醛的吸附性能。綜述了活性炭纖維和活性炭非織造布吸附甲醛的研究狀況以及改性后的活性炭對(duì)甲醛的吸附性能。

活性炭 甲醛 吸附 活性炭纖維 活性炭改性

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，生活水平的日益提高，各類室內(nèi)裝修越來越普及，人們對(duì)自己的居住環(huán)境越來越重視，而引起了一股室內(nèi)裝修熱潮。室內(nèi)裝修材料數(shù)不勝數(shù)、種類繁多，各類添加劑的使用越來越廣泛[1]。如由脲醛樹脂和酚醛樹脂粘結(jié)而成的人造板材，含有游離的甲醛，常溫下就可以釋放到空氣中。同時(shí)，由于室內(nèi)密閉性越來越好，空調(diào)、加濕器等新型電器的普及，使得室內(nèi)裝修帶來的污染物不能及時(shí)排除，隨之帶來了日益嚴(yán)重的室內(nèi)環(huán)境污染[2]。據(jù)國外的一項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，室內(nèi)環(huán)境的污染程度是室外環(huán)境污染程度的2倍以上，有的不注意裝修通風(fēng)的，甚至?xí)_(dá)到室外環(huán)境的100倍以上[3]?，F(xiàn)在人們每天在室內(nèi)待的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室外的時(shí)間，長時(shí)間待在這種環(huán)境下會(huì)增加患病的機(jī)率，特別是對(duì)幼兒和老人來說，由于室內(nèi)污染而引發(fā)的病狀越來越多。由此可見，室內(nèi)環(huán)境污染不容小視與我們息息相關(guān)。常見的室內(nèi)空氣污染物如甲醛、苯、氨等常見的易揮發(fā)的有機(jī)物。其中，甲醛因來源廣泛、污染時(shí)間長、毒性大，越來越受到人們的重視，成為室內(nèi)污染的首要污染物。目前對(duì)于氣相有機(jī)污染物甲醛的去除方法有很多：植物吸收法、微生物降解法、空氣負(fù)離子技術(shù)、熱催化降解法、光催化法、吸附法，而吸附法是最常用的去除室內(nèi)污染物的方法，也是最有效的方法?；钚蕴?、多孔氧化鋁、分子篩、沸石、硅膠、聚合樹脂等是常用的吸附劑，而活性炭同這些吸附劑相比，具有相當(dāng)豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、吸脫速率快、易再生等諸多特點(diǎn)，在氣態(tài)污染物的治理方面擁有其明顯的優(yōu)勢(shì)[4]。

1 甲醛的主要來源及危害

1.1 甲醛的來源

1.1.1 室外空氣中的甲醛

在一些用于鞣制皮革的防腐劑和脫臭劑、紡織及造紙工業(yè)的漂白劑的工廠所產(chǎn)生的廢氣中常含有甲醛。在甲醛生產(chǎn)企業(yè)以及需要利用甲醛作為生產(chǎn)原料的化工廠、木材廠等甲醛的釋放量巨大。一些有機(jī)材料，如香煙、石油、煤炭、天然氣等，在高溫高濕的條件下燃燒也會(huì)強(qiáng)化甲醛的釋放。同時(shí)汽車排放的尾氣經(jīng)復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)也會(huì)有甲醛的釋放。此外，空氣中通常含有少量的甲烷經(jīng)氧化可轉(zhuǎn)化為甲醛。

1.1.2 室內(nèi)空氣中的甲醛

在人造板材方面，因以甲醛為主要成分的脲醛樹脂做粘合劑制成的裝飾材料，如各種細(xì)工木板、膠合板、刨花板、以及中高密度纖維板在室內(nèi)裝修中均不斷向室內(nèi)釋放甲醛[5]。此外，室內(nèi)裝修常用的塑貼面、膠合板、地板膠、粘合劑、乳膠漆均會(huì)釋放甲醛。廚房里液化氣、煤氣的燃燒的不完全也會(huì)產(chǎn)生一定量的甲醛。生活中使用的消毒劑、殺蟲劑、化妝品也含有甲醛。如可以做消毒劑、防腐劑的福爾馬林溶液，在使用的過程中也會(huì)釋放出甲醛[6]。

1.2 甲醛的危害

甲醛是醛類中具有特殊致毒作用的一個(gè)品種[7]，被世界衛(wèi)生組織確定為致癌或致畸形物質(zhì)。甲醛危害人體的健康，長期暴露于甲醛的環(huán)境中，會(huì)表現(xiàn)出咳嗽、發(fā)熱、胸悶、嗜睡、胃灼熱、食欲不振等一系列不良癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生急性中毒反應(yīng)[7]。甲醛對(duì)接觸者的危害，以兒童和孕婦最為敏感，危害最大。長期接觸低濃度的甲醛可引起慢性呼吸道疾病、月經(jīng)紊亂、細(xì)胞核的基因突變、引起新生兒染色體異常、妊娠綜合癥、白血病甚至?xí)鹎嗌倌暧洃浟椭橇ο陆礫5]。

2 活性炭吸附甲醛

2.1 活性炭的分類

活性炭按其原料來源可分為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼炭、椰殼炭、石油類活性炭、骨炭和礦物質(zhì)原料炭等;按制造方法可分為物理法、化學(xué)法以及化學(xué)、物理相結(jié)合的方法；按其形態(tài)可分為球形活性炭、柱狀活性炭、粉狀活性炭、顆?；钚蕴?、纖維狀活性炭及不定型活性炭等。一般來講，植物類殼質(zhì)活性炭同其它活性炭相比具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，木質(zhì)活性炭同其它活性炭相比具備豐富的中孔結(jié)構(gòu)，而煤質(zhì)活性炭則各類孔結(jié)構(gòu)均有分布。

2.2 活性炭吸附氣相甲醛的吸附機(jī)理

活性炭吸附氣相甲醛的吸附作用主要源于活性炭自身豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較高的比表面積以及表面的含氧官能團(tuán)。當(dāng)吸附質(zhì)分子發(fā)生吸附作用時(shí)，其分子聚集在碳纖維表面而被吸附。根據(jù)吸附作用力的不同，可將活性炭的吸附分為兩種：一種為物理吸附，主要指吸附質(zhì)受到不對(duì)稱偶極作用產(chǎn)生的范德華力而將其吸附在活性炭的表面，在吸附的過程中，吸附質(zhì)和吸附劑分子自身的化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)物理吸附所產(chǎn)生的吸附熱很小，隨著溫度的升高，活性炭對(duì)吸附質(zhì)的吸附能力減弱，所以物理吸附通常在低溫條件下進(jìn)行更用利于吸附質(zhì)的吸附，此外吸附質(zhì)分子也會(huì)發(fā)生脫附的現(xiàn)象。另一種為化學(xué)吸附，主要源于活性炭表面的含氧官能團(tuán)與吸附質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，從而將其吸附在活性炭表面。這種吸附具有不可逆性，所以吸附比較穩(wěn)定，基本不會(huì)發(fā)生脫附現(xiàn)象。

2.3 不同活性炭對(duì)氣象甲醛的吸附

隨著室內(nèi)空氣甲醛污染問題的日益凸顯，不同類型的吸附劑對(duì)氣相甲醛的吸附已有大量報(bào)道。而活性炭因其豐富的孔徑結(jié)構(gòu)，較高的比表面積對(duì)氣相甲醛的吸附要優(yōu)于其他吸附劑。盡管活性炭對(duì)空氣中甲醛的吸附性能高于活性氧化鋁、沸石、分子篩等其他吸附劑，然而由于不同材質(zhì)的活性炭不同孔徑的分布以及表面化學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)甲醛的吸附性能也不盡相同。董春欣等通過粉末活性炭和顆?；钚蕴繉?duì)甲醛吸附性能的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)甲醛氣體的吸附速率，顆?；钚蕴績?yōu)于粉末活性炭。但很少有文獻(xiàn)報(bào)道活性炭粒徑的大小對(duì)甲醛氣體吸附性能所產(chǎn)生影響的研究[8]。林莉莉等人將椰殼、果殼、煤質(zhì)和術(shù)質(zhì)4種材質(zhì)的活性炭通過靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行氣相甲醛的吸附性研究。研究發(fā)現(xiàn)，活性炭對(duì)甲醛的吸附符合Freundlich等溫吸附方程，椰殼活性炭表面含有大量的微孔，以及較多的含氮、含氧基團(tuán)，有利于吸附小分子，因而椰殼活性炭對(duì)甲醛的吸附性能是最好的，實(shí)際的吸附容量和吸附容量利用率分別可達(dá)到9.88 mg/g和84. 37%。研究中發(fā)現(xiàn)小顆粒的活性炭在一定粒徑范圍內(nèi)具有更高的吸附能力[9]。

2.4 活性炭纖維

活性炭纖維工業(yè)化發(fā)展始于60年代，活性炭纖維因其具有高的比表面積、具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等石墨化特征、強(qiáng)度高、彈性好具有可塑性，因而成為一種新型的高效吸附材料，在凈化空氣領(lǐng)域扮演著重要的角色。它是以纖維素(纖維素為原料的人造絲)、聚合纖維(聚丙烯腈、酚醛樹脂、聚二乙烯)、瀝青等為原料，經(jīng)炭化和活化制得?；钚蕴坷w維為多孔性吸附材料，其孔徑小而均勻，含有豐富的微孔，占全部全孔空容的90%以上?；钚蕴坷w維對(duì)氣相污染物的吸附實(shí)際上是一種微孔填充的過程，活性炭纖維表面含有大量的微孔，可以有效地吸附低濃度的污染物，使污染物大量地轉(zhuǎn)移到活性炭纖維上。

活性炭纖維碳元素的含量一般在90%左右，也含有少量的氫、氧、硫、氮、氯等元素，活性炭纖維的表面含有一系列的活性含氧官能團(tuán)，如羧基、羰基、酚類、醚類、酯類等。一部分活性炭纖維，如聚丙烯腈活性炭纖維，還含有胺基、亞胺基以及磺酸基等官能團(tuán)。這些含N官能團(tuán)的活性炭纖維，對(duì)含有N、S等元素的化合物具有極強(qiáng)的吸附能力。金少鋼、張華[10]等人將市售活性炭粉混入到AN-VDC共聚物紡絲原液中，制成含活性炭的腈氯綸吸附纖維，在甲醛濃度不超過8mg/ L時(shí)，去除甲醛的最優(yōu)條件下，含活性炭的腈氯綸吸附纖維對(duì)甲醛的去除率在95%以上。張愛旭[11]等人以有機(jī)纖維為前驅(qū)體，采用一種濕法成型技術(shù)制備的活性炭纖維濾餅，具有大孔隙率、三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。對(duì)甲醇、甲醛氣體有一定的吸附效率和吸附量，優(yōu)于市場上常見的活性炭纖維材料。Kyung Jin Lee等人具有大約800nm的靜電紡聚丙烯腈納米纖維經(jīng)碳化和水蒸氣活化，制成具有大量微孔和豐富含氮官能團(tuán)的納米碳纖維。其對(duì)甲醛的吸附是傳統(tǒng)活性炭的倆倍。其在潮濕的環(huán)境中，甲醛濃度很低時(shí)，對(duì)甲醛也有很好的吸附效果[12]。Hongmei Zuo等人發(fā)現(xiàn)將大豆蛋白水解后制得的生物酶負(fù)載到活性炭纖維上，由于甲醛能與蛋白質(zhì)上的氨基結(jié)合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性凝固，因而達(dá)到去除甲醛的目的。研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載生物酶的活性炭纖維與未處理的活性炭纖維形貌相似，保持了原來的孔隙和比表面積，對(duì)甲醛的吸附起到了協(xié)同促進(jìn)的作用，去除率高達(dá)80%。蔣穎剛等[13]將活性炭粉通過浸軋、涂層、噴筆以及炭包等工藝形式，添加到非織造布上，制成含活性炭粉的非織造布，對(duì)甲醛具有很好的吸附性，用于制作服裝、室內(nèi)裝飾材料等紡織品。

2.5 活性炭改性

活性炭表面具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較高的比表面積和活性基團(tuán)。同其它類型的吸附劑相比，具有吸附速率快、吸附容量大、易于再生等特點(diǎn)，在氣相污染物治理方面具有良好的應(yīng)用前景。然而單獨(dú)活性炭吸附氣象污染物時(shí)，主要是通過物理吸附作用對(duì)氣相污染物進(jìn)行吸附?；钚蕴勘砻嬉蚱湮⒖缀徒榭椎臄?shù)量有限，依靠其結(jié)構(gòu)中的微孔和介孔對(duì)氣相污染物的物理吸附作用，隨著吸附時(shí)間的延長，活性炭對(duì)氣象污染物的吸附達(dá)到飽和，就容易失去吸附性能[4]。此外，活性炭的強(qiáng)度低、易碎，在吸附氣相污染物易造成二次污染。近年來對(duì)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積及表面化學(xué)性質(zhì)的改性問題成為了研究人員的研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外研究人員均做了大量的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)活性炭表面進(jìn)行改性處理，使活性炭對(duì)氣相污染物的吸附由單一的物理吸附轉(zhuǎn)向物理一化學(xué)聯(lián)合吸附，這為活性炭在吸附氣相污染物的發(fā)展開拓創(chuàng)造了條件。

2.5.1 活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的改性

活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的改性主要指對(duì)活性炭孔容、孔隙結(jié)構(gòu)及分布、比表面積的改性。對(duì)活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的改性一般有兩種方法。一種是物理法改性，主要是對(duì)活性炭原材料的改性。一般是通過改變活性炭在制備的過程中炭化、活化條件從而改變比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)及分布，進(jìn)而對(duì)活性炭物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。另一種方法是化學(xué)法改性，主要是指在活性炭的制備過程中，通過加入化學(xué)物質(zhì)，對(duì)活性炭進(jìn)行二次炭化和活化，從而達(dá)到增加活性炭的孔容，提高活性炭的微孔含量和比表面積的目的。張麗丹[14]等人研究發(fā)現(xiàn)，煤質(zhì)活性炭在制備的過程中，分別加入一定濃度的HCL和NaOH對(duì)活性炭進(jìn)行酸堿改性處理，除去其酸堿可溶性物質(zhì)，使其灰分降低，從而保持孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的同時(shí)提高活性炭的比表面積和吸附容量。Caturla等人采用物理化學(xué)聯(lián)合的改性方法對(duì)活性炭改性，先采用ZnC12化學(xué)活化的方法活化后，再用二氧化碳對(duì)活性炭進(jìn)行物理活化，進(jìn)一步開孔和拓孔，可獲得比表面積高達(dá)3 OOOm2/g 的活性炭。

2.5.2 活性炭表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的改性

活性炭的化學(xué)成分和表面所含有的化學(xué)官能團(tuán)以及數(shù)量均對(duì)吸附有重要的影響。普通活性炭的表面是非極性的，可以有效的吸附非極性化合物。根據(jù)吸附質(zhì)的特性對(duì)活性炭表面進(jìn)行改性，引入或去除某些表面化學(xué)官能團(tuán)，從而改變活性炭表面的酸、堿性，增加活性炭表面非碳元素基團(tuán)，使其具有特定的吸附性能。

2.5.2.1 氧化改性

氧化改性是指活性炭經(jīng)強(qiáng)氧化劑處理，處理后表面含氧酸性基團(tuán)增加，如羧基、酚羥基、酯基、羰基等，從而增強(qiáng)了活性炭表面的極性和親水性。利用H2O2、HNO3等氧化劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理是比較常見的，而不同類型的氧化劑，對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理，產(chǎn)生的含氧官能團(tuán)的種類和數(shù)量也不一樣，氧化程度越高，活性炭表面的含氧官能團(tuán)就越多。劉耀源等人[15]研究發(fā)現(xiàn)，以玉米秸稈為原料制備出的活性炭，對(duì)其進(jìn)行H2O2/H2SO4改性，結(jié)果表明：經(jīng)改性處理后的活性炭平均孔徑增大，表面酸性含氧官能團(tuán)含量明顯提高，對(duì)甲醛飽和吸附量延長了50%，飽和吸附量提高了165.94%，脫附峰面積和峰高均有很大程度提高。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氧化改性后的活性炭對(duì)甲醛的吸附是物理吸附和化學(xué)吸附的復(fù)合吸附。

2.5.2.2 強(qiáng)還原改性

強(qiáng)還原改性是指活性炭在適當(dāng)溫度條件下，H2、N2、NaOH、氨水等還原劑對(duì)活性炭表面官能團(tuán)進(jìn)行還原處理提高活性炭表面含氧堿性基團(tuán)的相對(duì)含量，增強(qiáng)活性炭表面的非極性，提高對(duì)非極性物質(zhì)的吸附性能。其中H2和N2等惰性氣體對(duì)活性炭的高溫處理和氨水浸漬處理是比較常見的強(qiáng)還原性處理方式。潘紅艷等人[16]研究發(fā)現(xiàn)，采用不同濃度的氨水對(duì)活性炭纖維表面進(jìn)行浸漬處理，測(cè)定活性炭纖維表面酸堿基團(tuán)含量以及空隙結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，經(jīng)濃度為6ml/L的氨水浸漬處理后的活性炭纖維，其表面含氧堿性基團(tuán)含量、微孔孔容及其比表面積最大，從而增加了實(shí)驗(yàn)中活性炭纖維對(duì)苯乙烯的吸附容量。劉耀源等人[17]以玉米秸稈為原料，制備出活性炭，采用NaOH對(duì)其進(jìn)行改性，運(yùn)用BET模型和Boehm滴定法測(cè)定活性炭孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，結(jié)果表明:以玉米秸稈制備出的活性炭經(jīng)NaOH改性后可使其對(duì)甲醛飽和吸附時(shí)間延長62%，飽和吸附量提高133.33%，比表面積增加3.02% ,微孔容積增大0.60%,脫附峰面積和峰高明顯增大，且其表面堿、酸性官能團(tuán)含量分別提高了11.85%、5.51%，說明NaOH改性后能提高活性炭的表面酸、堿性基團(tuán)含量，增大了活性炭的比表面積及微孔孔容，從而增加了活性炭對(duì)甲醛等極性物質(zhì)的吸附容量。

2.5.2.3 高溫?zé)崽幚?/p>

活性炭在惰性氣氛下進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗?活性炭表面活性基團(tuán)會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)樵诟邷貤l件下，活性炭表面的含氧官能團(tuán)可分解為碳氧化合物和水。有研究表明，活性炭單位表面上酚羥基和羰基數(shù)量的變化能較好地解釋苯酚在活性炭上的吸附量變化趨勢(shì)。Haiqin Rong等人[18]發(fā)現(xiàn)，活性炭在惰性氣氛下通過高溫?zé)崽幚恚?23和1123華氏溫度下，其比表面積和孔面積明顯提高。經(jīng)過高溫?zé)崽幚?，大分子羧酸基團(tuán)的增加，偶極之間的相互作用和氫鍵的協(xié)同作用，大大增加了比表面積和孔面積。表面的羧酸基團(tuán)的增加更有利于對(duì)甲醛分子的吸附。

2.5.2.4 低溫等離子體處理

活性炭表面堿性官能團(tuán)的引入通常是通過氨水浸漬等還原性物質(zhì)或者是高溫脫氧來實(shí)現(xiàn)。近年來，低溫等離子體處理技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。氧氮等離子體、CF4等離子體等常用的等離子技術(shù)對(duì)活性炭進(jìn)行改性，能夠改變活性炭表面的化學(xué)特性，同時(shí)還能控制活性炭表現(xiàn)的界面特性不發(fā)生改變。郭麗娜等人[19]將等離子體反應(yīng)器與顆?；钚蕴课窖b置進(jìn)行聯(lián)接，并對(duì)顆?；钚蕴窟M(jìn)行還原改性，測(cè)試其對(duì)甲醛的吸附效果及汽車尾氣中臭氧的去除能力，發(fā)現(xiàn)甲醛的吸附率明顯上升，隨著氣體流量的增大呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2.5.2.5 負(fù)載金屬離子改性

將某些過渡金屬物質(zhì)或金屬化合物利用活性炭的吸附性和還原性負(fù)載到活性炭內(nèi)部，金屬離子因活性炭的還原性而被還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)離子，從而使活性炭增加一定的化學(xué)反應(yīng)與催化反應(yīng)能力。常用的負(fù)載金屬有銅離子、鋅離子、鐵離子和銀離子。

Shin和Song等[20]利用噴濺法將銀納米粒子負(fù)載到粒狀煤質(zhì)活性炭上。結(jié)果表明，經(jīng)改性后，納米顆粒的沉積，降低了活性炭的有效表面積和堵塞的微孔開口，負(fù)載銀納米粒子的活性炭對(duì)甲醛的去除能力為單一活性炭的3.4倍，在0.5s的保留時(shí)間內(nèi)，對(duì)甲醛的吸附量達(dá)到1.56 mg/g。

黃海保等人[21]發(fā)現(xiàn)，采用硼氫化鈉液相還原法制備活性炭載納米鉑催化劑，具有極高的甲醛清除活性。觀察不同載鉑量(0.1 % ,0.5%和1 %)對(duì)甲醛去除率的影響。結(jié)果表明：活性炭的鉑負(fù)載量為0.5%時(shí)，在5h反應(yīng)的范圍內(nèi)，甲醛去除率約為98%。甲醛能夠被完全氧化為二氧化碳。

2.5.2.6 活性炭負(fù)載雜原子或化合物

通過液相沉積的方法將雜原子或化合物負(fù)載到活性炭表面，這些物質(zhì)可與吸附質(zhì)發(fā)生結(jié)合作用，從而增加了活性炭的吸附性能。Ti02、Mn02、Zn02等是常見的負(fù)載化合物。

姜良艷等人[22]研究發(fā)現(xiàn)，將不同濃度的KMnO4通過浸漬的方法負(fù)載在活性炭上，再經(jīng)不同的熱處理溫度使其轉(zhuǎn)化為錳氧化物(MnOx)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱處理溫度為650℃、KMnO4溶液濃度為0.08mol/L時(shí)，活性炭對(duì)甲醛的吸附容量最高。通過XPS和 FTIR測(cè)試可知，負(fù)載錳氧化物的活性炭在吸附甲醛的過程中，甲醛在活性炭表面的碳原子和錳原子上可發(fā)生化學(xué)吸附。

孫和芳等人[23]研究了活性炭負(fù)載Ti02所制得的光催化劑(TiO2/活性炭)在制備的過程中，光照時(shí)間、Ti02負(fù)載量、空氣流量對(duì)空氣中氣相甲醛的光催化降解效果。研究發(fā)現(xiàn)活性炭在負(fù)載Ti02后，由于Ti02主要負(fù)載在活性炭的大孔和中孔中，而活性炭對(duì)甲醛的吸附主要發(fā)生在微孔中，使得負(fù)載后的活性炭仍具有很強(qiáng)的吸附性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鍍膜厚度達(dá)到300 nm的條件下，隨著鍍膜厚度的增加，甲醛的光催化降解率降低。甲醛光催化降解效率在隨著空氣流量的增加時(shí)會(huì)有所提高。活性炭在負(fù)載Ti02后對(duì)空氣中甲醛的降解效率可達(dá)94%。陳印等人[24]以木質(zhì)活性炭纖維為載體制備Mn摻雜Ti02負(fù)載木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn):隨著光照時(shí)間的延長、樣品用量的增多和初始甲醛濃度的增大，Mn摻雜Ti02負(fù)載木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料對(duì)甲醛的降解率逐漸提高。隨著Mn摻雜濃度和光照強(qiáng)度的增大，Mn摻雜Ti02負(fù)載木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料對(duì)甲醛的降解率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。Choi等[25]研究了不同的金屬離子以及摻雜計(jì)量對(duì)Ti02催化劑活性的影響，發(fā)現(xiàn)晶格中摻雜0.1 %～0.5%的Fe3+, Mo5+, Ru3+, Os5+, Re5+, V4+和Rh3+等金屬離子能明顯促進(jìn)光催化反應(yīng)，摻雜Cu2+、Zn2+、 Mn2+等金屬離子能夠擴(kuò)展Ti02吸收波長范圍，從而提高光催化活性。

3 結(jié)語

綜上所述，活性炭的高比表面積、較多的孔徑結(jié)構(gòu)、均勻的孔徑分布，吸、脫附速率快，吸附容量大，使其廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)的各個(gè)領(lǐng)域。在凈化氣相污染物、去除揮發(fā)性有機(jī)物，活性炭均具有良好的應(yīng)用前景。目前我國的研究重點(diǎn)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

(1)根據(jù)活性炭種類的不同，優(yōu)化活性炭制備工藝，開發(fā)具有高比表面積、大孔容的活性炭。

(2)加強(qiáng)對(duì)活性炭改性方法及工藝的深入研究，探索活性炭的改性機(jī)理、優(yōu)化改性條件。

(3)開發(fā)出具有高比表面積、高吸附容量的活性炭纖維及活性炭非織造布，并結(jié)合活性炭改性工藝，使其應(yīng)用到活性炭纖維及活性炭纖維非織造布上。深入研究多種氣相污染物共存時(shí)，活性炭的最佳吸附條件，降低資源的消耗，提高經(jīng)濟(jì)的可行性。

[1] 張雙雙. 活性炭改性對(duì)氣相污染物甲醛及氨吸附去除影響的研究[D]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué), 2015.

[2] 林莉莉. 活性炭吸附氣相甲醛的研究[D]. 上海：華東理工大學(xué), 2014.

[3] 王國棟，李科林，李德良. 室內(nèi)裝修的甲醛污染及防治措施[J]. 環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)，2004(3): 43-45.

[4] 黃寶萱，張弘慶，孟振東，等. 光催化降解甲醛功能泡沫炭的制備與表征[J]. 功能材料，2016(1): 1213-1217.

[5] 臧鵬. 改性TiO2-活性炭纖維的制備及其吸附降解甲醛的研究[D]. 上海：東華大學(xué), 2011.

[6] 王文超. 改性活性炭吸附甲醛的研究[D]. 青島：山東科技大學(xué), 2006.

[7] 劉姝瑞，張明宇，譚艷君，等.甲醛檢測(cè)方法的研究進(jìn)展[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016(4)：160-164.

[8] 董春欣，孫勝龍，楊秋昕，等. 改性活性炭吸附室內(nèi)甲醛氣體的應(yīng)用研究[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011, 28(3): 28-31.

[9] 林莉莉，邱兆富，等. 吸附氣相甲醛活性炭的選型研究[J].環(huán)境污染與防治，2013(12)：19-25.

[10]金少鋼，張華，褚秀娟，等. 新型含活性炭腈氯綸纖維吸附甲醛的工藝研究[J]. 化工新型材料，2010, 38(8): 51-54.

[11]張愛旭，趙世懷，趙曉明. 新型活性炭纖維過濾材料的研究和應(yīng)用[J]. 科技與創(chuàng)新，2015(11): 6-7.

[12]Lee K J, Shiratori N, Lee G H, et al. Activated carbon nanofiber produced from electrospun polyacrylonitrile nanofiber as a highly efficient formaldehyde adsorbent[J]. Carbon，2010, 48(15): 4248-4255.

[13]蔣穎剛，顧靜，眭建華. 含竹活性炭粉非織造復(fù)合襯的制備[J]. 現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)， 2014, 29(6): 217-218, 231.

[14]張麗丹，趙曉鵬，馬群，等. 改性活性炭對(duì)苯廢氣吸附性能的研究[J]. 新型炭材料， 2002(2): 41-44.

[15]劉耀源，鄒長武，等. H2O2H2SO4改性玉米秸稈活性炭對(duì)甲醛吸附性能的研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(19)：4584-4586.

[16]潘紅艷，李忠，夏啟斌，等. 氨水改性活性炭纖維吸附苯乙烯的性能[J]. 功能材料， 2008(2): 324-327.

[17]劉耀源，鄒長武，李曉芬，等. 玉米秸稈活性炭制備與NaOH改性對(duì)甲醛吸附的影響[J]. 炭素技術(shù)， 2014, 33(3): 6-9.

[18]Rong H, Ryu Z, Zheng J, et al. Influence of heat treatment of rayon-based activated carbon fibers on the adsorption of formaldehyde[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2003, 261(2): 207-212.

[19]郭麗娜. 放電等離子體—改性活性炭聯(lián)合處理室內(nèi)甲醛的研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué), 2007.

[20]Shin S, Song J. Modeling and simulations of the removal of formaldehyde using silver nano-particles attached to granular activated carbon[J]. Journal of Hazardous Materials, 2011, 194: 385-392.

[21]黃海保，張路，梁耀彰，等. 室溫下活性炭載納米鉑催化劑對(duì)空氣中甲醛的去除效果[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2013(1): 56-58.

[22]姜良艷，周仕學(xué)，王文超，等. 活性炭負(fù)載錳氧化物用于吸附甲醛[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008(2): 337-341.

[23]孫和芳. 活性炭負(fù)載TiO2光催化降解甲醛[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007(1)：39-42.

[24]陳印，馬曉軍. Mn摻雜TiO2負(fù)載木質(zhì)活性炭纖維可見光降解甲醛的研究[J]. 天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015(3): 45-49.

[25]Choi W, Termin A, Hoffmann M R. The role of metal-ion dopants in quantum-sized Ti02:correlation between photoreactivity and charge-carrier recombination dynamics[J]. Phys Chem,1994,98(51):13669-13679.

2016-12-09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51206122)

劉寶成(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。

趙曉明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生導(dǎo)師。

TS101.92

A

1008-5580(2017)01-0224-06