空气净化用活性炭甲醛净化性能及再生性研究

近年来，由于大气污染严重，人们对净化室内空气的需求增高，空气净化用活性炭产品是应用最广的被动式空气净化产品，目前广泛用于净化被污染空气，年产量呈激增态势。

空气净化用活性炭产品按原理可以分为两种，一种是物理吸附，采用优质活性炭经特殊处理，硬度大、强度高、孔隙为微孔，用于专门净化被污染的空气，果壳炭、煤炭可以做为空气净化用活性炭原料，其中椰壳活性炭效果最佳；另一种是物理和化学复合吸附，采用新技术的活性炭产品将纳米材料（常用的有纳米TiO₂、纳米Ag等）负载到活性炭表面和孔隙内部，使其吸附性能与纳米材料的空气催化性能得到有机结合，从而将甲醛等有害气体吸附并分解，物理吸附的同时增加了化学吸附，同样可以达到净化空气的效果。

目前市场上销售的空气净化用活性炭产品往往标称对甲醛污染物的去除效果很好，却不提供检测条件、产品用量、实验时间等关键信息，对普通消费者容易产生误导，不利于空气净化用活性炭产品的创新和发展。本文通过对市售50批次空气净化用活性炭产品的甲醛净化性能（以24小时吸附率表示）测试，分析检验结果反映出来的产品质量状况，为消费者提供参考依据。

2. 样品采集

为了客观反映空气净化用活性炭产品实际质量状况，确保样品的有效性和代表性，选择在流通领域市场买样和生产领域（活性炭生产企业）结合的形式进行采样，流通领域采取网络平台购买和市场实体购买的方式采集样品。本次采集样品50批次，流通领域40批次，生产领域10批次，每批次样品为2kg左右，涉及地区为北京、上海、重庆、河北、河南、浙江、江苏、福建、湖南、广东、山东、海南、宁夏、吉林等14省市。

3 试验方法

3.1测定碘吸附值

空气净化用活性炭首先得是经过活化的炭，没有经过活化的炭为碳化料，碳化料和活性炭在外观上几乎没有区别，但价格上却是相差天地，只有具备大量孔径略大于甲醛分子直径的活性炭，才能吸附室内甲醛气体。

目前我国尚未有标准对空气净化用活性炭成品的质量进行要求，一般以碘吸附值为区分活性炭真假的一个重要指标，根据美国《Carbon activated》对活性炭的定义，真正的活性炭碘吸附值应≥400 mg/g。国内标准GB/T 13803.2-1999《木质净水用活性炭》、GB/T 13803.1-1999《木质味精精制用颗粒活性炭》规定净水用活性炭及味精用活性炭碘吸附值应≥900 mg/g，但由于食品工业对于活性炭的质量要求比较严格，所以900 mg/g的限量值对于空气净化用活性炭的参考作用不大。因此，空气净化用活性炭至少应满足碘吸附值应≥400 mg/g的要求。碘吸附值依据GB/T 12496.8-2015《木质活性炭试验方法 碘吸附值的测定》测定0.5g样品对0.10000mol/L碘标准溶液的吸附量计算。若碘吸附值小于400 mg/g，基本可认定该样品不是活性炭，为碳化料。所以本文先测定样品的碘吸附值，进行初步的筛选，确定样品是活性炭还是碳化料。

3.2测定甲醛净化性能

用空气试验舱的方法模拟实际居住环境，依据GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》选择试验温度为（23±2）℃，湿度为（50±10）%RH。在试验舱外用气体发生器从舱内抽取气体，用微量注射器向气化装置中注入定量分析纯甲醛，高温气化后用泵打入试验舱内，使环境舱内甲醛初始浓度为0.3 mg/m³。称取150g样品均匀地平铺在6个托盘中，托盘尺寸为300mm×250mm，将托盘并排放在样品舱底部，检测空气净化用活性炭甲醛24小时吸附率和120℃脱附后的甲醛24小时吸附率。气态污染物去除率的采样和计算分析依据QB/T 2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》。

4. 结果与讨论

50批次样品的碘吸附值、甲醛24小时吸附率和120℃脱附后甲醛24小时吸附率数据如表1所示。

表1  50批次样品实验数据

4.1 碘吸附值

               表1  50批次样品碘吸附值统计表

50批次样品碘吸附值测定结果中，碘吸附值≥400 mg/g的样品有28批次，＜400 mg/g的有22批次。

50批次样品中碘吸附值＜400 mg/g的有22批次，其中18批次样品的甲醛24h吸附率高于50%，高温再生后21批次样品的甲醛24h吸附率高于50%。50批次样品中碘吸附值≥400 mg/g的有28批次，其中18批次甲醛24h吸附率大于50%，高温再生后有17批次样品的甲醛24h吸附率高于50%（4批次样品吸附率降至50%以下，3批次样品吸附率上升至50%以上，总量不变）。数据显示，碘吸附值＜400 mg/g的样品中高温再生后（排除存放过程中吸水因素）吸附率高于50%的占95%，而碘吸附值≥400 mg/g的样品高温再生后吸附率高于50%的占61%，由此可见甲醛吸附能力与碘吸附值并无一定的正相关性，究其原因，碘吸附值代表活性炭的比表面积，而对甲醛分子吸附能力的大小与活性炭的孔径是否略大于甲醛分子直径（约为0.45nm）有关，目前缺少活性炭的比表面积与适宜的微孔孔径的相关性研究，而且碘吸附值测定的是活性炭对溶液中碘离子的吸附，接触时间长，密度大，与活性炭吸附空气中甲醛的实际情况并不一致，有待进一步研究。

4.2 甲醛24h吸附率

               表2  50批次样品甲醛24h吸附率统计表

本次检测50批次样品中，（23±2）℃，湿度为（50±10）%RH的试验舱中，0.3 mg/m³左右甲醛初始浓度下，150g样品对甲醛的24小时吸附率＞50%的有36批次，占总批次的72%，吸附率小于30%的样品占12%。对于甲醛24小时吸附率结果，一般认为吸附率大于50%可认定为吸附效率较高（吸附效果满足室内环境标准要求），吸附率在30%-50%之间为尚可，吸附率小于30%的产品吸附效率较差。

从检测数据来看只有72%的空气净化用活性炭产品甲醛净化性能较好，空气净化活性炭产品仍存在较大质量问题。

4.3 120℃脱附后的甲醛24h吸附率

           表3  50批次样品120℃脱附后的甲醛24h吸附率统计表

将吸附过甲醛的活性炭样品进行120℃脱附实现再生。脱附后的活性炭按相同的方法进行吸附试验，再生后的活性炭对甲醛的吸附率＞50%的样品仍有36批次，原吸附率＞50%的样品有6批次吸附率下降到50%以下，另有6批次样品吸附能力提高到50%以上。

有7批次吸附率>50%的产品在经过120℃脱附再生吸附率下降到了50%以下，分析其原因，可能是由于其不仅存在物理吸附，还存在化学吸附，高温破坏了有效化学成分，导致其吸附率下降，有7批次吸附率＜50%的产品在经过120℃脱附再生吸附率达到了50%以上。

出现这种现象的原因主要与空气净化活性炭产品出厂后的储存条件有关，活性炭的结构疏松多孔具有良好的吸附性能，对空气中的气体、水分都有良好的吸附效果。如果空气净化活性炭产品生产出以后保存不当，就会出现吸附饱和的现象，导致产品对甲醛吸附效果较差。实验样品中，吸附率较差的几批次样品多数是散装或者无纺布包装，而不是密封包装，特别是流通领域采购的样品，可能由于货架期较长，导致活性炭产品吸附水分或其他气体而降低吸附力，经过再生实验后恢复了原有的吸附能力。再生实验也证明空气净化活性炭产品可被重复利用。

5. 结论和建议

从目前我国尚未有国家标准对空气净化用活性炭成品的质量进行控制，缺少对空气净化用活性炭吸附能力的要求，建议修订空气净化用活性炭产品有害物质单位时间吸附率相关的规定。建议企业在产品生产后，要注意产品的保存条件，要在干燥无污染的环境中保存，另外要注重包装的密封性，防止产品吸附水分或其他气体而失去作用，从源头提高产品质量。建议政府部门加大监管力度，规范活性炭市场，督促企业不断提高产品质量，监督商家诚信经营，维护消费者利益。