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改性活性炭凈化家居污染空氣實(shí)驗(yàn)研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2012-09-22  瀏覽次數(shù):485
方式,對(duì)室內(nèi)中甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物的綜合凈化效果明顯好于袋裝放置方式。
  在實(shí)驗(yàn)過程中,幫助我的老師們告訴我,憑他們的工作經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過我改性處理過的活性炭能到達(dá)這樣的吸附凈化效果,是相當(dāng)不錯(cuò)的;如果活性炭沒有經(jīng)過改性處理。對(duì)甲醛的吸附效果非常差。此外,我們還在開窗通風(fēng)時(shí),使用改性活性炭,與僅開窗通風(fēng)進(jìn)行比較試驗(yàn),使用改性活性炭后,可以在一天內(nèi),使甲醛的濃度低于國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)0.1mg/m3,達(dá)到安全要求。建議在新裝修房間內(nèi)的家具(書柜、櫥柜、衣柜)等可以開、關(guān)的小密閉空間,放置一定量的袋裝活性炭(MC) (類似有些家庭放置樟腦丸),一周左右后拿到太陽底下曝曬一天,有條件時(shí),可在較高溫度下(<120℃)烘烤幾個(gè)小時(shí),再重復(fù)放置,可以去除緩慢放出的有害氣體。而對(duì)面積較大的房間,在通風(fēng)情況下,平攤放置活性炭(MC),半月左右即可人住。
  該材料在使用過程中易受多種污染物的污染,使凈化效能下降。此外,活性炭對(duì)甲醛的催化性能還需改進(jìn)提高。
  該材料在空氣凈化領(lǐng)域應(yīng)用較廣,一方面可以簡單分裝做成滿足不同凈化空間的不同規(guī)格的凈化盒,按要求放置在相應(yīng)家居、家具或轎車內(nèi)等,適用于污染較輕的場所;另一方面可以作為過濾凈化器的裝填材料,可以一次性安裝,也可定期更換使用,適合污染較重、空間較大的場所。
  
  五、結(jié)論
  
  1 本課題以柱狀活性炭為基炭,以金屬碳酸鹽、有機(jī)胺為浸漬試劑。采用浸漬一烘干一活化工藝成功開發(fā)了一種全新的高效綜合氣體凈化材料,該材料對(duì)室內(nèi)空氣污染有很好吸附和催化作用,治理效果明顯。
  2 提出使用改性活性炭凈化室內(nèi)污染物的合理化建議,即對(duì)緩慢釋放有害氣體的較小密閉空間(如家具、櫥柜),使用袋裝改性活性炭2天后,需要活化一次;而對(duì)大空間(如單元間),可采用平攤改性活性炭。加通風(fēng)的方式凈化空氣。一周后,對(duì)改性活性炭重新活化處理(烘烤或太陽底下曝曬),否則改性活性炭會(huì)重新釋放污染物。
  
  六、收獲與體會(huì)
  
  通過這次的實(shí)驗(yàn)探究,我充分體會(huì)了實(shí)踐在科學(xué)探究中的重要性,以及看似深?yuàn)W的科學(xué)技術(shù),只要你用心鉆研,終能在努力下被攻克,并了解到其本質(zhì)是一些與日常生活有密切聯(lián)系的東西。
  這次從日常生活中的小問題獲得靈感并展開研究最終取得滿意的結(jié)果,讓我認(rèn)識(shí)到“科技以人為本”的重要性。生活中一直存在,卻又被我們所忽視的一些問題,例如飲水機(jī),抽油煙機(jī)的污染凈化;洗衣機(jī),馬桶污染去除問題等,都能通過認(rèn)真的分析與鉆研,找出合理而實(shí)用的解決方法。探索,永無止境;創(chuàng)新,永不言棄!
  
  專家點(diǎn)評(píng)
  家居裝修后的污染,特別是甲醛、氨、氮等氣體污染,歷來為人們所關(guān)注。作者選擇與國計(jì)民生密切相關(guān)的常見問題.開展研究,項(xiàng)目具有明顯的實(shí)用性..作者的研究是在比較專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室完成的.有專家指導(dǎo),科學(xué)性較強(qiáng);實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也不特別復(fù)雜,可以自己動(dòng)手完成.有自主性。
  【摘要】本研究立足于物理吸附和化學(xué)催化相結(jié)合的空氣凈化技術(shù),優(yōu)選碳酸銅、碳酸鉀、乙二胺作為改性活性炭的浸漬劑,通過活性炭一浸漬一烘干一活化一改性活性炭工藝研究,研制出一種新型空氣凈化材料。通過實(shí)驗(yàn)室凈化性能試驗(yàn)和密閉空間使用評(píng)價(jià)試驗(yàn)證明,該材料對(duì)室內(nèi)空氣污染(主要目標(biāo)污染物為苯、硫化氫、甲醛)有很好的吸附和催化作用,治理效果明顯。同時(shí),本研究還提出了使用改性活性炭凈化室內(nèi)空氣的合理化建議。
  【關(guān)鍵詞】活性炭 浸漬劑 凈化材料 空氣凈化
  
  一、研究背景
  
  去年。我們裝修新家,我父親從單位拿回一麻袋活性炭布(做防毒服后的下腳料),布滿了整個(gè)房間。對(duì)此,我產(chǎn)生了好奇:小小的布?jí)K能否除去大量的污染物?它是對(duì)某種污染物有凈化能力,還是對(duì)大多數(shù)污染物有效?這些布?jí)K是分解了污染物,還是吸附了污染物?吸附飽和后還有效果嗎?如何連續(xù)使用?帶著這些疑問,我請(qǐng)教了幾位專家叔叔,在他們的指導(dǎo)下,通過在普通活性炭中添加一些活性成分,對(duì)活性炭進(jìn)行改性,嘗試研制一種復(fù)合、廣譜、高效的空氣凈化材料,同時(shí)驗(yàn)證這些簡易的凈化材料在家庭中的使用方式。
  
  二、材料與方法
  
  1 材料
  活性炭BN-09(寧夏西北奔�;钚蕴坑邢薰�),為柱狀,粒徑0.9mm,碳酸銅、碳酸鉀(化學(xué)純),乙二胺(化學(xué)純),均從試劑商店購得。
  
  
  2 儀器
  鼓風(fēng)干燥箱、管狀電爐、4160-2型甲醛分析儀、PPbRAE總揮發(fā)有機(jī)物測定儀、HP6890氣相色譜儀。
  3 改性活性炭的制備工藝
  制備改性炭工藝流程如下:
  以活性炭總重量的15%為基準(zhǔn),按一定的比例通過浸漬一烘干一活化工藝流程,制備出含碳酸銅6wt%、碳酸鉀3wt%、乙二胺6wt%的改性活性炭(簡稱MC,或稱改性炭)。添加物的比例是通過大量的正交試驗(yàn)和參考他人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的,為最佳配方,見表1、表2。
  4 活性炭及改性活性炭對(duì)污染物凈化性能實(shí)驗(yàn)室比較測定
  活性炭對(duì)甲醛的凈化性能評(píng)價(jià)采用動(dòng)力管吸附實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行,測試條件:動(dòng)力管直徑2cm,床層高度3cm,濾速1.6L/cm2·min,相對(duì)濕度50RH%,溫度(20±5)℃。
  甲醛濃度參照GB T15516-1995(空氣質(zhì)量一甲醛檢測一乙酰丙酮分光光度法測定)測定,評(píng)價(jià)裝置如圖1所示。殘留甲醛濃度測定采用甲醛分析儀在線測定。
  
  三、過程與結(jié)果
  
  1 浸漬劑配方優(yōu)化結(jié)果
  以家居污染空氣主要目標(biāo)污染物苯、硫化氫、甲醛的凈化效果作為篩選評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交試驗(yàn)方法,最佳配方以甲醛的最佳凈化效果為參照點(diǎn)(因?yàn)榧兹┦羌揖迎h(huán)境中較難凈化的污染物之~),以綜合凈化效果確定 浸漬劑最終配方,即樣本5號(hào)配方,見表1。
  
  
  2 改性活性炭性能測試結(jié)果
  按5號(hào)配方制備改性活性炭。對(duì)其進(jìn)行了性能參數(shù)的測定,見表2。表中數(shù)據(jù)均為比較理想的數(shù)據(jù)。
  3 密閉空間凈化試驗(yàn)結(jié)果
  改性活性炭分別采用袋裝放置、平攤放置,定期對(duì)密閉空間內(nèi)甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物的濃度進(jìn)行測定(房間體積38.28m3),結(jié)果見表3、表4所示。
  
  四、結(jié)果與討論
  
  1 改性效果比較
  由于活性炭(基炭)表面是非極性的,對(duì)極性物質(zhì)(污染物)的吸附能力有限,而甲醛為極性物質(zhì),活性炭對(duì)苯系物能有效去除,但對(duì)甲醛、氨和硫化氫的去除效果很差。改性后的活性炭具有極性特征,對(duì)污染物(特別是甲醛)的吸附能力顯著增強(qiáng),并同時(shí)與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將其轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)。
  實(shí)驗(yàn)中對(duì)比研究了改性活性炭(MC)與市售甲醛防護(hù)炭(天津卡奔活性炭有限公司生產(chǎn)的活性炭)對(duì)甲醛的凈化效果,在相同實(shí)驗(yàn)條件下。MC是卡奔樣品的10-13倍。
  2 有害物質(zhì)在改性活性炭上的脫除機(jī)理
  有害物質(zhì)在改性活性炭上的脫除過程被認(rèn)為是分步完成的(見圖2)。
  第一步:有害氣體分子從空氣中跑到活性炭顆粒的表面附近:
  第二步:有害氣體分子在活性炭顆粒的表面鉆入到活性炭的孔隙里;
  第三步:有害氣體分子在活性炭孑L隙內(nèi)亂撞,與活性部位發(fā)生接觸;
  第四步:有害氣體分子被活性炭上的活性部位抓住;
  第五步:有一些有害氣體分子又獲得自由,從活性部位逃離,并且擴(kuò)散;
  第六步:逃離的有害氣體分子與孔隙中的浸漬劑發(fā)生反應(yīng);
  第七步:一些不穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物在吸附劑上的吸附較弱,從大孔區(qū)域脫離,進(jìn)入活性炭顆粒周圍的空氣中,通過擴(kuò)散。從活性炭顆粒中跑掉。
  3 改性活性炭對(duì)甲醛的動(dòng)態(tài)吸附
  動(dòng)態(tài)吸附是改性活性炭裝填層在氣流中對(duì)甲醛的吸附。從吸附性能的影響因素來看,動(dòng)態(tài)吸附比靜態(tài)吸附復(fù)雜。
  當(dāng)含有一定流量和濃度的甲醛蒸氣一空氣混合氣流通過炭層時(shí),甲醛蒸氣濃度在炭層中,沿氣流方向逐漸降低,直到距離出口某一距離上,濃度降為零。隨著氣流不斷通入,靠近進(jìn)氣口的炭吸附層逐漸飽和,從飽和層透出的甲醛蒸氣進(jìn)入下一層。如此,隨著通氣時(shí)間的延長,飽和層逐漸后移。當(dāng)飽和層推進(jìn)到炭層末端時(shí),整個(gè)炭層被完全穿透。當(dāng)出氣口甲醛蒸氣濃度達(dá)到對(duì)人員最低傷害的濃度時(shí),認(rèn)定炭層失效(見圖1)。我們目前在家中常用的空氣凈化器就是依據(jù)該原理設(shè)計(jì)的。
  4 密閉空間凈化效果分析
  從圖3、圖4可以發(fā)現(xiàn)。當(dāng)活性炭采用袋裝放置方式時(shí),在初始階段,活性炭對(duì)甲醛和揮發(fā)性有機(jī)物的吸附凈化效果非常明顯。甲醛含量約下降8.6%。揮發(fā)性有機(jī)含量下降33%,這說明活性炭放置量偏少,房子空間偏大。但隨著時(shí)間延長。室內(nèi)甲醛的濃度明顯上升,甚至超過最初的甲醛濃度;即使時(shí)間延長,由于桌椅在不停地釋放污染氣體,室內(nèi)甲醛的濃度也沒有明顯的下降,表明袋裝活性炭的吸附速度慢。凈化效果差。當(dāng)活性炭采用平攤放置方式時(shí),在初始階段,活性炭對(duì)甲醛的吸附凈化效果非常明顯,甲醛含量下降47%,揮發(fā)性有機(jī)物下降32%;隨著時(shí)間延長,雖然室內(nèi)還在不停地釋放甲醛,但活性炭對(duì)甲醛依然具有吸附凈化效果;這是由于活性炭采用平攤放置方式,與甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物的接觸面積大,吸附速度快,可以對(duì)甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行充分吸附。也就是說,活性炭采用平攤放置方式,對(duì)室內(nèi)中甲醛的吸附凈化效果明顯好于袋裝放置方式。
  圖3、圖4中的甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物濃度在幾天后,出現(xiàn)上升拐點(diǎn),是由于室內(nèi)溫度有較大上升,導(dǎo)致家具中的甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物揮發(fā)速度比前幾天快,而活性炭的吸附凈化速度又跟不上甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)速度,因此,出現(xiàn)圖中的上升拐點(diǎn)現(xiàn)象。
  通過綜合效果的判斷,活性炭采用平攤放置
 
 
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