活性炭吸附甲醛(活性炭去除甲醛的机理)

甲醛（HCHO）为无色有刺激性气味的气体，是室内挥发性有机化合物（VOCs）中常见的一种，对人的眼、鼻、呼吸道等有刺激作用；易溶于水和乙醚，可用作农药和消毒剂，是制造染料和酚醛树脂、脲醛树脂、维纶、乌洛托品、季戊四醇等化学化工用品的原料。

人类日常生活中常常接触的家具、建材以及纺织品会释放游离甲醛，长期处于低浓度的甲醛环境中会使人食欲不振，无力，产生头痛、失眠等状况。当甲醛浓度达到（10～50）*10^-6会使人急性中毒甚至导致癌症。近年来，室内甲醛的去除问题一直是大家关注的焦点。

活性炭的种类

活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，其主要成分为碳，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等元素，是由不同的原材料通过粉碎、成型、炭化、活化最终得到的产品。活性炭具有很强的吸附性能，是用途极广的一种工业吸附剂，主要用于有毒气体的净化、染料的吸附和水的过滤等。根据活性炭原料的可再生性将其分为矿物质基活性炭、生物质基活性炭和其他类型活性炭。

活性炭去除甲醛的机理

活性炭去除甲醛的机理主要分为三类。

第一类为纯物理吸附，靠活性炭本身的表面凹坑以及深入炭体的孔结构对甲醛进行物理吸附。活性炭的孔结构分为大孔（＞50nm）、介孔（2～50nm）和微孔（＜2nm），甲醛是一种小分子气体（0.375nm），适合用微孔进行吸附，介孔与大孔作为甲醛流动的通道，并不能存储甲醛。拥有良好的孔隙结构的原材料经过炭化与活化，使得不同的孔隙之间相互贯通，能更好地吸附甲醛。

甲醛分子通过范德华力或者氢键被吸附于活性炭的微孔中，形成存储于活性炭的状态，并不会被分解。由于范德华力和氢键的强度较低，气体处于动态循环过程，因此活性炭微孔中一部分甲醛分子会脱落，回到空气中，新的甲醛分子会重新被吸附到活性炭上，如图。一般情况下物理吸附会由于温度的升高，造成活性炭对甲醛分子的吸附能力有所下降。因活性炭的孔隙有限，故活性炭物理吸附甲醛存在吸附饱和的问题。

甲醛模型和球型活性炭物理吸附甲醛示意图

第二类为化学吸附，指活性炭表面官能团与甲醛发生电子转移或化学反应而被吸附于活性炭表面。化学吸附的吸附能力大于物理吸附，被吸附的甲醛也不易脱落。化学吸附主要存在于活性炭的表面，与含氧官能团（-OH、-COOH）、含氮官能团等以电子配位的形式结合。

第三类为物理⁃化学联合，主要是指通过活性炭自身的吸附位点将甲醛进行吸附，负载于活性炭上的活性材料将甲醛分解为二氧化碳和水，通过空气的动态循环将二氧化碳和水带离活性炭表面，使得活性炭上负载的活性材料再生，从而达到彻底去除甲醛的效果，如图所示。相比三种去除机理，第三类物理化学联合方法能更有效地去除室内空气中的甲醛，在目前的研究中最为广泛。

物理化学联合示意图

室温下，活性炭去除甲醛已被广泛研究与应用。活性炭吸附甲醛是物理吸附与化学吸附相互协同作用。甲醛浓度较高时活性炭以物理吸附为主；反之活性炭表面官能团的化学吸附发挥更大的吸附作用。活性炭和催化剂复合可以将吸附作用与催化作用结合，提升复合材料净化室内甲醛的性能，在不同的室内环境变量情况下，活性炭材料对于甲醛的去除效果也有显著变化。与其他甲醛吸附剂相比，活性炭原料来源广泛，且大多数为生物质材料，节能环保、价格低廉、操作简单灵活，可适用于不同场所。

但由于其易产生二次污染、低浓度甲醛的去除效率不佳，易受环境温湿度的影响，制约了活性炭去除甲醛的应用空间。未来活性炭的发展在关注去除甲醛效率的同时，还需考虑原料选择、资源节约以及吸附剂重复利用等问题。

参考文献

李世杰．活性炭净化室内甲醛的研究进展，[J]．材料导报，2021，35（Z2）