多孔炭材料治理室内空气污染

        近年来，室内空气质量问题越来越受到人们的关注，室内空气污染控制技术也正成为环境工程研究的新热点。作为优良的吸附材料，多孔炭材料在室内空气污染控制中日益得到广泛的应用。本文将对多孔炭材料在室内空气污染控制中的应用加以综述并探讨其发展方向。
        1 室内空气污染物的分类及治理现状
        室内空气污染物通常可按照污染源的性质和污染物存在状态两种方法进行分类[1～2]。按照污染源的性质可分为物理性污染、化学性污染、生物性污染和放射性污染4大类。物理性污染是指由电磁辐射、、振动以及不合适的温度、湿度、风速和照明等引起的污染。室内空气质量标准(ＧＢ/Ｔ18883-2002)规定了湿度、相对湿度、空气流速和新风量等4个参数。化学性污染是指由甲醛、苯系物、氨气和悬浮颗粒物等引起的污染。室内空气质量标准规定了SO2、NO2、CO、CO2、NH3、Ｏ3、苯并[α]芘、可吸入颗粒、总挥发性有机物等9个参数；甲醛、苯、甲苯、二甲苯也属于挥发性有机物，但由于其严重危害性，将它们单独列出，生物性污染是指由细菌、真菌、花粉、病毒、生物体有机成分等引起的污染，室内空气质量标准规定了菌落总数1个参数。放射性污染也可归为物理性污染，室内空气质量标准中只规定了氡气这一参数。
        按照污染物存在状态可分为悬浮颗粒污染物和气态污染物两大类。前者包括无机和有机颗粒物，微生物和生物溶胶。后者包括无机化合物、有机化合物及放射性物质。室内空气污染主要是人为引起，尤以化学性污染最为突出。无论传统“燃料型”污染物还是近来广泛受到关注的“室内装修型”污染物，基本上都属于化学性污染，尽管其浓度较低，但多种污染物共同存在于室内，长时间联合作用于人体,涉及面广，接触人多，对人体的影响最为严重。因此，目前国内许多工作都主要集中在化学性污染的防治上，而对大部分物理性污染(电磁辐射、、振动、以及不舒适的温度、风速和照明)控制技术的研究鲜见报道。
        室内悬浮颗粒污染物通常采用纤维过滤或静电除尘进行处理，尤其以过滤式净化方法居多。室内气态污染物的成分复杂，浓度低，危害大，不宜集中处理，已成为室内空气污染的重点。研究较多的有吸附法、催化法、负离子法、臭氧氧化法、非平衡等离子体法等[3～4]。这些方法各有优缺点，由于吸附法选择性高，能分离其他方法难以分离的混合物，能有效清除浓度很低的有害物质，净化效率高，设备简单，操作方便，因此在实际中广泛应用。
        2　多孔炭材料及其在控制室内空气污染中的应用
        2.1　多孔炭材料的特性
        多孔炭是指具有丰富孔隙结构的碳素材料，各种形态的活性炭是这类材料的典型代表。自18世纪发现木炭具有吸附气体的作用以来，以活性炭为代表的多孔炭材料陆续在许多领域，尤其是吸附分离领域得到广泛应用。活性炭具有高度发达的微孔结构，因而具有强大的吸附能力。由于孔径分布宽,活性炭能吸附各种不同大小的分子,适用于室内污染物浓度低、成分复杂的特点。此外，与沸石、硅胶、活性氧化铝等极性吸附剂相比，活性炭还具有非极性的特点[6]。因此，活性炭被广泛用于吸附室内空气中的气态污染物[1,3～4,5-6]。
        活性炭纤维是由有机纤维经炭化、活化而制得的新型炭材料。与颗粒状活性炭相比，活性炭纤维比表面积更发达,微孔直径小(集中在1ｎｍ左右)且丰富(微孔的体积占总孔体积的90%以上)，同时微孔直接开口于纤维表面，因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附、脱附速度快等优点[7]。由于其结构和性能的特殊性，用活性炭纤维吸附室内空气污染物已成为科研工作者的研究热点[8～9]，并展现出广阔的应用前景。
        2.2　多孔炭材料在室内空气污染控制中的应用
        2.2.1　挥发性有机气体的净化　
        挥发性有机物大多属于非极性或弱极性物质，因此适于选用非极性吸附剂来进行吸附。活性炭是一种非极性的多孔材料，对非极性或弱极性的挥发性有机物有较强的吸附能力。除此之外，由于活性炭的孔径范围宽，吸附容量大，因此广泛用于吸附室内空气中的挥发性有机化合物。活性炭对气体的吸附能力可用“亲合系数”和“平衡吸附容量”来表述，颗粒活性炭对一些气体的亲合系数分别为[4]：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。对一些有机物的平衡吸附容量见表1[9]。
        由以上数据可见,活性炭材料对许多室内常见的挥发性有机气体有良好的吸附性,相对无机气体而言,对有机气体的吸附性能更好一些。而活性炭纤维由于其巨大的比表面积和优异的孔结构,对许多有机物的平衡吸附容量优于颗粒活性炭。