多孔炭材料在空氣污染治理中的應(yīng)用

多孔炭材料在空氣污染治理中的應(yīng)用摘要：本文介紹了室內(nèi)空氣污染的分類和治理現(xiàn)狀，并概述了多孔炭材料在控制室內(nèi)空氣污染中的應(yīng)用及存在的問(wèn)題，并從材料、技術(shù)和凈化裝置等方面探討了其發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：活性炭；活性炭纖維；室內(nèi)空氣污染近年來(lái)，室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，室內(nèi)空氣污染控制技術(shù)也正成為環(huán)境工程研究的新熱點(diǎn)。作為優(yōu)良的吸附材料，多孔炭材料在室內(nèi)空氣污染控制中日益得到廣泛的應(yīng)用。本文將對(duì)多孔炭材料在室內(nèi)空氣污染控制中的應(yīng)用加以綜述并探討其發(fā)展方向。1室內(nèi)空氣污染物的分類及治理現(xiàn)狀

室內(nèi)空氣污染物通?？砂凑瘴廴驹吹男再|(zhì)和污染物存在狀態(tài)兩種方法進(jìn)行分類按照污染源的性質(zhì)可分為物理性污染、化學(xué)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、噪聲、振動(dòng)以及不合適的溫度、濕度、風(fēng)速和照明等引起的污染。室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(ＧＢ/Ｔ18883-2002)規(guī)定了濕度、相對(duì)濕度、空氣流速和新風(fēng)量等4個(gè)參數(shù)?；瘜W(xué)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(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了SO2、NO2、CO、CO2、NH3、Ｏ3、苯并[α]芘、可吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物等9個(gè)參數(shù)；甲醛、苯、甲苯、二甲苯也屬于揮發(fā)性有機(jī)物，但由于其嚴(yán)重危害性，將它們單獨(dú)列出，生物性污染是指由細(xì)菌、真菌、花粉、病毒、生物體有機(jī)成分等引起的污染，室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了菌落總數(shù)1個(gè)參數(shù)。放射性污染也可歸為物理性污染，室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了氡氣這一參數(shù)。按照污染物存在狀態(tài)可分為懸浮顆粒污染物和氣態(tài)污染物兩大類。前者包括無(wú)機(jī)和有機(jī)顆粒物，微生物和生物溶膠。后者包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物及放射性物質(zhì)。室內(nèi)空氣污染主要是人為引起，尤以化學(xué)性污染最為突出。無(wú)論傳統(tǒng)“燃料型”污染物還是近來(lái)廣泛受到關(guān)注的“室內(nèi)裝修型”污染物，基本上都屬于化學(xué)性污染，盡管其濃度較低，但多種污染物共同存在于室內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間聯(lián)合作用于人體,涉及面廣，接觸人多，對(duì)人體健康的影響最為嚴(yán)重。因此，目前國(guó)內(nèi)許多工作都主要集中在化學(xué)性污染的防治上，而對(duì)大部分物理性污染(電磁輻射、噪聲、振動(dòng)、以及不舒適的溫度、風(fēng)速和照明)控制技術(shù)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。室內(nèi)懸浮顆粒污染物通常采用纖維過(guò)濾或靜電除塵進(jìn)行處理，尤其以過(guò)濾式凈化方法居多。室內(nèi)氣態(tài)污染物的成分復(fù)雜，濃度低，危害大，不宜集中處理，已成為室內(nèi)空氣污染的重點(diǎn)。研究較多的有吸附法、催化法、負(fù)離子法、臭氧氧化法、非平衡等離子體法等這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，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(zhì)，凈化效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，因此在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。2多孔炭材料及其在控制室內(nèi)空氣污染中的應(yīng)用2.1多孔炭材料的特性多孔炭是指具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的碳素材料，各種形態(tài)的活性炭是這類材料的典型代表。自18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)木炭具有吸附氣體的作用以來(lái)，以活性炭為代表的多孔炭材料陸續(xù)在許多領(lǐng)域，尤其是吸附分離領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；钚蕴烤哂懈叨劝l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，因而具有強(qiáng)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(nèi)污染物濃度低、成分復(fù)雜的特點(diǎn)。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(diǎn)。因此，活性炭被廣泛用于吸附室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物。活性炭纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)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(fā)達(dá),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(shí)微孔直接開(kāi)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(yōu)點(diǎn)[7]。由于其結(jié)構(gòu)和性能的特殊性，用活性炭纖維吸附室內(nèi)空氣污染物已成為科研工作者的研究熱點(diǎn)，并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。2.2多孔炭材料在室內(nèi)空氣污染控制中的應(yīng)用2.2.1揮發(fā)性有機(jī)氣體的凈化揮發(fā)性有機(jī)物大多屬于非極性或弱極性物質(zhì)，因此適于選用非極性吸附劑來(lái)進(jìn)行吸附?；钚蕴渴且环N非極性的多孔材料，對(duì)非極性或弱極性的揮發(fā)性有機(jī)物有較強(qiáng)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(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物?；钚蕴繉?duì)氣體的吸附能力可用“親合系數(shù)”和“平衡吸附容量”來(lái)表述，顆?；钚蕴繉?duì)一些氣體的親合系數(shù)分別為：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(duì)一些有機(jī)物的平衡吸附容量見(jiàn)表1。由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn),活性炭材料對(duì)許多室內(nèi)常見(jiàn)的揮發(fā)性有機(jī)氣體有良好的吸附性,相對(duì)無(wú)機(jī)氣體而言,對(duì)有機(jī)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(yōu)異的孔結(jié)構(gòu),對(duì)許多有機(jī)物的平衡吸附容量?jī)?yōu)于顆粒活性炭。2.2.2無(wú)機(jī)氣體的凈化2.2.2.1氮氧化物KanekoＫ等人實(shí)驗(yàn)表明,活性炭纖維對(duì)NO的吸附性能良好

，用α-ＦeOOH處理的活性炭纖維對(duì)NO的吸附量高達(dá)150mg/g。Ｍochidai等人在室溫條件下用硫酸再活化活性炭纖維，用NH3使NO還原成Ｎ2，轉(zhuǎn)化率在90%以上,在干燥的條件下，轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。2.2.2.2