严方升
深圳市普瑞美泰环保科技有限公司
摘要：制备了一种以多功能高比表面积活性炭材料为载体，氧化铬为催化中心，花青素为活性剂的臭氧污染高效净化复合材料。探讨了焙烧温度、焙烧时间以及氧化铬和花青素含量对材料净化臭氧性能的影响。结果表明氮气气氛中600℃焙烧8h得到的样品性能最好；该复合材料对臭氧的净化效率随氧化铬、花青素含量的增加先增加后减小，氧化铬质量分数为4%，花青素质量分数为0.8%时净化效率最高。
关键词：活性炭；?臭氧；?氧化铬；?花青素
引言
大气中的臭氧层能够吸收有害的紫外线辐射，使人类免受其害。但是，如果环境中的臭氧浓度过高，则会危害人体健康，研究发现，近年来地面附近臭氧浓度有不断上升的趋势。臭氧具有强氧化性，能强烈刺激机体黏膜组织，臭氧质量浓度达到0.64mg/m3时，对人体健康就会产生较大危害，引起人体呼吸系统发炎甚至水肿等病变，使人的免疫能力降低，严重的甚至可以致死。随着科学技术和制造业的发展以及人们对生活质量要求的提升，大量现代化产品进入了人们日常工作生活中，如静电复印机、激光打印机、传真机、除尘器、消毒柜等。这些设备给人们的工作生活带来了诸多便利的同时也成了危害人类健康的臭氧发生源。国家卫生健康委员会制定了严格的室内空气中臭氧卫生标准：1h平均最高容许质量浓度为0.21mg/m3。因此需要对室内臭氧污染进行有效治理。目前有多种去除臭氧污染的方法，包括药液吸收法、固体吸附法、热解和电磁波辐射分解法、光催化法和催化分解法。然而这些去除臭氧的方法均是采用单一作用机制如化学反应、热分解、物理吸附或催化分解作用达到去除臭氧的目的，效率较低，且每种方法均存在明显不足，难以满足室内环境臭氧污染控制的要求。此外，大多数的工作还是集中在新催化剂的开发上，鲜有研究者开展多组分协同作用去除室内臭氧污染这方面的研究。
1实验部分
1.1原料与试剂
自制蜂窝状多功能高比表面积活性炭材料；重铬酸铵，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；花青素，化学纯，国药集团化学试剂有限公司。
1.2仪器及设备
BrukerD8AdvanceX射线衍射仪，德国布鲁克公司；LT-05P型臭氧分析仪，青岛朗科电子科技有限公司；ASAP2020全自动多功能气体吸附仪，美国麦克仪器公司。
1.3MHCC蜂窝材料的制备
根据不同氧化铬的负载量配制相应浓度的重铬酸铵水溶液，将多功能高比表面积活性炭载体浸入上述溶液中一段时间后取出放入烘箱中100℃干燥8h。然后在氮气气氛中一定温度下焙烧一段时间得到活性炭负载氧化铬的材料。最后将该材料浸入不同浓度花青素水溶液中一定时间后取出放入烘箱中60℃干燥12h。
1.4MHCC蜂窝材料净化臭氧性能评价
将MHCC蜂窝材料制成滤芯放入空气净化器中，将空气净化器与臭氧发生器放入30m3密封舱中。测定净化器运行45min后舱中臭氧浓度并计算MHCC蜂窝材料对臭氧的净化效率。实验条件：臭氧起始质量浓度约为2.0mg/m3，风量为750m3/h，温度为20℃，湿度为40%。
2室内空气臭氧污染来源
中国大气污染类型是以颗粒物、二氧化硫为主的煤烟型污染，近年来随着汽车保有量的增加，以氮氧化物和碳氢化合物为主要污染物的汽车尾气型污染也逐渐严重，而臭氧是氮氧化物与挥发性有机物经过一系列复杂的光化学反应的重要产物，在高温、强日照、低湿度和静风条件下反应最为剧烈，因此，臭氧污染问题日益凸显。室内臭氧主要来源于两个方面：一是随室外环境进入，二是室内存在的臭氧发生源。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于城市地区交通拥挤，氧化型空气污染问题逐渐突出，光化学反应是室外臭氧形成的重要反应，氮氧化物和碳氢化合物等气相物质经过光化学反应急剧向颗粒态物质转化形成光化学烟雾，气相污染物经过光化学反应产生高浓度的臭氧，高浓度臭氧经一系列反应后形成光化学烟雾，在氮氧化物和碳氢化合物形成光化学烟雾这一过程中，臭氧起着重要作用。整个光化学反应的结果导致室外近地面臭氧浓度的升高和光化学烟雾的形成，引起了臭氧污染，随室外环境进入室内。可能向室内排放臭氧的室内电器包括电离式空气净化器、负离子发生器等空气净化设备，复印机、激光打印设备等办公设备，臭氧发生器和具有故障电弧末端装置的电器设备和变压器等，美国环境保护署的研究表明，干式复印机的臭氧发生率为平均40μg/份，最高为13140μg/份，激光打印机的臭氧发生率为平均43840μg/min，但良好的维护措施可以降低其臭氧发生量；研究发现，静电过滤器在额定风量下使用，可能会导致室内臭氧浓度以0.100mg/m3增加。不当使用臭氧发生器也将是室内环境的一大臭氧污染源，对室内外臭氧进行示踪研究表明，室外臭氧是室内臭氧的主要来源，室内来源对室内臭氧的贡献有限。室内臭氧的浓度受通风量、温度、湿度和污染物在室内停留的时间等因素的影响，在没有室内源的情况下，中等通风条件下室内臭氧浓度约为室外浓度的20%~30%；在通风较强的情况下为40%~70%。
3臭氧净化方法与技术
臭氧存在于大气顶层是有益物质，但在近地面，强氧化性的臭氧对人类及环境产生很大的危害，它不仅对人体呼吸系统及其他生物有较大的危害，还是城市光化学烟雾的重要组分。可引起机体敏感性生理生化指标和人自觉症状指标变化的臭氧作用阈值浓度约为0.10~0.14mg/m3，当室内环境臭氧浓度达0.2mg/m3以上时，会对人体产生危害。所以对臭氧进行处理，使其分解为无害的物质非常重要。目前，对臭氧净化的研究主要集中于多相热催化方面，主要的热催化剂为含锰催化剂（如MnO2、MnCO3臭氧分解催化剂）、含过渡金属氧化物的催化剂（铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物等）、含贵金属的催化剂（Pt、Pd、Rh等）、含钛催化剂（钛硅氧化物、钛锰氧化物、钛银锰氧化物、钛锆氧化物、铂钛硅氧化物等），对于光催化消除臭氧的研究较少。
结语
制备了一种多组分协同的高性能复合材料并将其用于室内臭氧污染治理这一课题。讨论了制备条件及组分配方对材料净化臭氧性能的影响并确定了最优的制备工艺和组分构成，该复合材料对臭氧的净化效率随氧化铬、花青素含量的增加先增加后减小，当氧化铬质量分数为 4%，花青素质量分数为 0.8%时净化效率最高。阐明了这种材料的臭氧净化机制，即通过活性炭快速吸附富集、氧化铬催化分解和活性剂还原等多种途径协同作用；此外活性炭丰富的微孔结构使氧化铬在载体上能够保持高度分散，进一步提高了材料净化臭氧的性能。复印打印室臭氧污染治理实验结果表明，该复合材料有望用于室内臭氧污染净化领域并取得较好去除效果。对臭氧净化的研究多集中于多相热催化方面，所用催化剂包括含锰催化剂、含过渡金属氧化物的催化剂、含贵金属的催化剂、含钛催化剂等，大多数均停留于实验室研究阶段，投入市场生产应用还存在一定的困难，因此，还需进一步研发更为高效、实用、经济的净化技术来解决室内臭氧污染问题。
参考文献
[1]李艳菊.室内臭氧污染变化规律研究[D].天津:天津大学,2005.LiYanju.Studyonthechanginglawsofindoorozoneconcentration[D].Tianjin:TianjinUniversity,2005.
[2]ZhangJJ,SmithKR.Indoorairpollution:Aglobalhealthconcern[J].
论文作者:严方升
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：臭氧论文; 氧化铬论文; 氧化物论文; 光化学论文; 浓度论文; 室内论文; 花青素论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;