摘要：室內(nèi)空氣凈化的方法很多，包括依靠活性炭和活性炭纖維材料的單一吸附技術(shù)，還包括活性炭與光催化材料、生態(tài)酶、氧化鋁及其靜電場等的復(fù)合技術(shù)。然而，不管是單一技術(shù)還是復(fù)合技術(shù)，都存在諸多不足。本 文綜述了室內(nèi)環(huán)境污染及其危害，總結(jié)了目前基于活性炭材料的主要凈化技術(shù)，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了 在使用中應(yīng)該注意的問題及想法。
室內(nèi)環(huán)境污染對人體健康的影響越來越大，因此致病甚至致死的案例比比皆是。室內(nèi)空氣是否潔凈安全，能否滿足人們的健康生活需要，成為社會各界關(guān)注的一個焦點(diǎn)問題。室內(nèi)空氣的污染大部分都是裝修帶來的。氣態(tài)污染物主要的是甲醛和苯等揮發(fā)性有機(jī)物，它們會緩慢地釋放出來，如甲醛的釋放期是3-15年，這將給人們帶來長期的困擾。成功分離氣態(tài)污染物對改善室內(nèi)空氣品質(zhì)至為重要。近年來，針對室內(nèi)污染物的各類空氣凈化 器越來越頻繁地出現(xiàn)在人們的工作和生活中。常見的空氣凈化技術(shù)有：光催化、高壓靜電、負(fù)離子、等離子、 吸附等以及相關(guān)的復(fù)合技術(shù)。吸附法具有脫除效率高、富集功能強(qiáng)、不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來治理TVOC的主要方法。
1 活性炭材料的單一凈化技術(shù)
環(huán)境凈化技術(shù)的關(guān)鍵在于凈化材料�；钚蕴渴悄壳皣鴥�(nèi)用來處理化學(xué)環(huán)境污染幾乎唯一可用的治理材料（吸附劑），絕大部分的化學(xué)污染質(zhì)過分依賴活性炭吸附來解決�；钚蕴渴菓�(yīng)用很早的一類吸附劑，在溶液脫色、 凈化水、溶劑的吸附回收、釀酒提純等工業(yè)過程中得到了實(shí)際應(yīng)用，它是一種疏水性、帶有非極性表面和親 油性質(zhì)的吸附劑，常被用作吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑或用來凈化某些氣態(tài)污染質(zhì)。
活性炭過濾器的吸附效率主要受溫度、相對濕度、氣流速度和污染物濃度等因素的影響。當(dāng)對氣體的吸附以物理吸附為主時，整個過程對溫度和相對濕度的依賴比較少。張妍測試了污染物濃度、氣流速度、活性炭的顆粒大小及其裝填量對吸附過程的影響情況。結(jié)果表明增加氣流速度，選用顆粒度小的活性炭，增加活性炭的裝填量對甲醛的吸附有利，然而這種有利是要增加阻力和能耗的。活性炭纖維相對顆粒活性炭有較發(fā)達(dá)的比表面積和較窄的孔徑分布，與活性炭相比，有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量�；钚蕴坷w維雖然優(yōu)于活性炭，但它也不是萬能的，其吸附氣體污染物的能力與很多因素相關(guān)：對聚合物原材料炭化和活化制成的活性炭纖維 吸附VOCs（以二甲苯、乙酸乙醋和全氯乙烯為測試氣體）進(jìn)行的研究表明，活性炭纖維對二甲苯的吸附量隨著比表面積的增加而增加，但比表面積的大小對乙酸乙酯的吸附量沒有多大影響；研究表明，活性炭纖維在吸附不同吸附劑時，對高濃度吸附質(zhì)，吸附量與吸附質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，僅與孔容相關(guān)，對低濃度吸附質(zhì)，吸附量可依據(jù)吸附質(zhì)的等張比容和極化率精確預(yù)測。對活性炭纖維進(jìn)行表面改性，可以提高其吸附性能；采用空氣氧化方法對活性炭纖維孔表面的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行修飾，在吸附甲醛時能顯著增加吸附量和 穿透時間。用H2O2對活性炭纖維非極性表面改性后，在動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)了對甲醛較好的吸附效果。用聚丙烯睛活性炭纖維經(jīng)浸漬改性處理后提高了對甲醛的吸附容量。
張金萍和李德生報道，以活性炭纖維為濾材的空氣過濾器對二氧化硫和氮氧化物的較大去除率分別為90.4%和76.6%，使室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的衛(wèi)生要求。由此可見，活性炭纖維作為凈化室內(nèi)空氣的功能性材料具有廣泛的應(yīng)用前景。另外，汞是易揮發(fā)的劇毒物質(zhì)，對人體危害很大，因此汞蒸氣污染的防治是環(huán)保的重要課題。 經(jīng)化學(xué)處理的活性炭可以有效地脫除空氣或其他載氣中的汞蒸氣。同時，活性炭法可用于測定室內(nèi)外環(huán)境中的氡。
活性炭材料是一類應(yīng)用廣泛且性能優(yōu)良的吸附劑，但是它也有其局限性。主要應(yīng)用局限如下：
⑴活性炭材料的吸附主要是物理吸附，吸附性能是基于其高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)所形成的巨大的比表面積和孔容 ，對于有些污染質(zhì)只有極其微小的吸附能力，沒有使用價值。
⑵我國商品活性炭吸附性能不高，產(chǎn)出的活性炭比表面積、孔容和平均孔徑等指標(biāo)均不理想，更加造成吸附能 力的低下。
⑶活性炭的疏水表面造成對親水性污染質(zhì)的低吸附量另外一個重要的問題就是活性炭的疏水性表面，對于親水 性的物質(zhì)吸附能力不強(qiáng)，基本上很難進(jìn)行利用。
⑷活性炭吸附選擇性較差，活性炭的另外一個自身缺點(diǎn)就是它的“非選擇性”，它對大部分物質(zhì)都存在著或多 或少的吸附能力，缺乏選擇性會很快吸附飽和導(dǎo)致失活。
⑸活性炭應(yīng)用的安全問題活性炭容易燃燒的特點(diǎn)也制約了它在很多化學(xué)環(huán)境污染中的應(yīng)用。活性炭的本體是碳元素構(gòu)成的，在空氣中碳非常容易燃燒，這就限制了活性炭在吸附氣體的時候需要保持較低溫度。這樣，在一 些需要升溫處理的化學(xué)環(huán)境污染中，對活性炭就需要慎重使用。另外，吸附過程會有較大的熱量散發(fā)也就是吸 附熱，這種吸附熱積累的結(jié)果就是活性炭的吸附床層升溫，活性炭是多孔物質(zhì)，導(dǎo)熱性能較差，容易引起局部的蓄熱，最后造成活性炭的燃燒。
2 活性炭復(fù)合技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用
單一吸附技術(shù)主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn)局限性：
⑴單一吸附劑大多具有專一性，對某種或某類組分具有較好的吸附效果，但室內(nèi)空氣組分復(fù)雜，所需除去的物質(zhì)種類、濃度不同，就需要開發(fā)具有較大吸附范圍的新型吸附劑。
⑵物理吸附存在吸附飽和問題，吸附劑工作一段時間后吸附能力達(dá)到飽和，失去吸附功能�；瘜W(xué)吸附隨著吸附劑的消耗，吸附能力也變?nèi)酢?
⑶吸附劑吸附空氣中的有機(jī)物，如不及時清理，可能會成為細(xì)菌滋生的場所，成為二次污染。
2.1 活性炭與TiO2的復(fù)合技術(shù)
為了彌補(bǔ)單一吸附技術(shù)的缺陷，相關(guān)研究人員開發(fā)出了以TiO2為主的催化劑和活性炭結(jié)合的復(fù)合吸附產(chǎn)品。利用活性炭與光催化劑納米TiO2復(fù)合的方法，首先在支撐體表面上豁結(jié)活性炭形成吸附層，然后再將納米TiO2負(fù)載在活性炭粉末顆粒上形成最外層的光催化層�？梢赃_(dá)到以下的特點(diǎn)：
⑴合理的幾何形狀支撐體，使凈化比表面積較大和氣流阻力較小。
⑵TiO2處于最外層，紫外光直接作用在TiO2光催化劑上，提高利用率。
借助活性炭的吸附作用，對空氣中極低濃度的污染物進(jìn)行快速吸附凈化和表面富集，加快了光催化降解反應(yīng)的速率，抑制了中間產(chǎn)物的釋放，提高了污染物完全氧化的速率；TiO2的光催化作用促使被活性炭吸附的污染物 向TiO2表面遷移，從而實(shí)現(xiàn)了活性炭的原位再生，延長使用周期。通常被稱為“協(xié)同效應(yīng)”。
2.2 活性炭負(fù)載生態(tài)酶
有機(jī)污染物被微生物攝取之后，通過代謝活動，一方面被分解、穩(wěn)定，并提供微生物生命活動中所需的能量；另一方面被轉(zhuǎn)化，合成新的原生質(zhì)（或稱細(xì)胞質(zhì)）的組成部分，使微生物自身生長繁殖。微生物凈化空氣具有 以下三個主要特性：由于微生物形體微小，表面積大，從而可以大量吸附有機(jī)物；具有很強(qiáng)的分解、氧化有機(jī)物的能力；適用范圍廣。由于微生物具有代謝類型多樣和生長繁殖快、易變異等特性，可以針對不同的用途，在優(yōu)選、馴化的基礎(chǔ)上將各具功能的菌提取出來。
活性炭負(fù)載生態(tài)酶的凈化材料是以活性炭為基體材料，將生態(tài)酶負(fù)載于其上的復(fù)合材料。生態(tài)酶空氣復(fù)合凈化材料對室內(nèi)空氣污染的首要污染物——甲醛等有機(jī)物污染物以及病毒、細(xì)菌等生物污染物，通過生態(tài)型酶催化劑與負(fù)載材料結(jié)合的協(xié)同作用，進(jìn)行徹底凈化。
2.3 活性炭負(fù)載氧化鋁
活性炭摻雜氧化鋁后對TVOC的凈化性能也有較大的提高。有人曾對同一廠家的凈化器做過相關(guān)的試驗(yàn)。試驗(yàn)中所用活性炭唯一的區(qū)別就在于是否摻有氧化鋁，試驗(yàn)表明，摻有氧化鋁后，在2h內(nèi)凈化器對TVOC的凈化效率從43%提高到了76%。
2.4 活性炭與靜電場結(jié)合
與靜電場結(jié)合使用，將活性炭氈與聚丙烯過濾膜復(fù)合，利用鏡像力原理捕集在電場中獲得飽和電量的顆粒污染物。
2.5 復(fù)合技術(shù)的局限性
⑴以TiO2為主的催化劑和活性炭結(jié)合的復(fù)合吸附產(chǎn)品雖然能在一定程度上延長活性炭的使用周期，但同樣面臨活性炭失效的問題；
⑵由于凈化技術(shù)趨于與空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，活性炭本身會增加系統(tǒng)的能耗；
⑶一些新的吸附技術(shù)如微生物吸附，其本身的安全性問題也是需要設(shè)計人員著重考慮的；
⑷二次污染問題：靜電場、光催化等技術(shù)可能會產(chǎn)生臭氧。
3 小結(jié)
吸附技術(shù)由于技術(shù)比較成熟，操作方便，已經(jīng)有較廣的適用范圍。但是還有很多提升的空間，從上述的發(fā)展綜 述可以看出，吸附技術(shù)還可以從以下幾個方面來提高：
⑴活性炭或活性炭纖維可以采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改性，加強(qiáng)其吸附機(jī)理的研究，針對不同的污染物，采取相應(yīng)的措施，并研制對多種氣體污染物都能有良好吸附效果的產(chǎn)品；
⑵對于復(fù)合技術(shù)，應(yīng)從催化劑與吸附劑的比例、處理?xiàng)l件等方面考慮，更好地發(fā)揮其“協(xié)同效應(yīng)”和對氣體污染物的凈化效率；
⑶和其他技術(shù)如高壓靜電、負(fù)離子等聯(lián)合凈化，進(jìn)行互補(bǔ)，達(dá)到凈化的高效率；
⑷開發(fā)新型吸附產(chǎn)品，使其更好地適應(yīng)市場的需求；
⑸活性炭空氣凈化器設(shè)計合理，外表美觀，使用方便，節(jié)能明顯。