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(chǎng)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(wèn)題及想法。
室內(nèi)環(huán)境污染對(duì)人體健康的影響越來(lái)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(huì)各界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。室內(nèi)空氣的污染大部分都是裝修帶來(lái)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(huì)緩慢地釋放出來(lái)，如甲醛的釋放期是3-15年，這將給人們帶來(lái)長(zhǎng)期的困擾。成功分離氣態(tài)污染物對(duì)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)至為重要。近年來(lái)，針對(duì)室內(nèi)污染物的各類空氣凈化 器越來(lái)越頻繁地出現(xiàn)在人們的工作和生活中。常見(jiàn)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(lái)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�(guó)內(nèi)用來(lái)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(guò)分依賴活性炭吸附來(lái)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(guò)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(lái)凈化某些氣態(tài)污染質(zhì)。
活性炭過(guò)濾器的吸附效率主要受溫度、相對(duì)濕度、氣流速度和污染物濃度等因素的影響。當(dāng)對(duì)氣體的吸附以物理吸附為主時(shí)，整個(gè)過(guò)程對(duì)溫度和相對(duì)濕度的依賴比較少。張妍測(cè)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(duì)吸附過(guò)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(duì)甲醛的吸附有利，然而這種有利是要增加阻力和能耗的�；钚蕴坷w維相對(duì)顆�；钚蕴坑休^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。活性炭纖維雖然優(yōu)于活性炭，但它也不是萬(wàn)能的，其吸附氣體污染物的能力與很多因素相關(guān)：對(duì)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(cè)試氣體）進(jìn)行的研究表明，活性炭纖維對(duì)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(duì)乙酸乙酯的吸附量沒(méi)有多大影響；研究表明，活性炭纖維在吸附不同吸附劑時(shí)，對(duì)高濃度吸附質(zhì)，吸附量與吸附質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，僅與孔容相關(guān)，對(duì)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(cè)。對(duì)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(duì)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(shí)能顯著增加吸附量和 穿透時(shí)間。用H2O2對(duì)活性炭纖維非極性表面改性后，在動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)了對(duì)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(duì)甲醛的吸附容量。
張金萍和李德生報(bào)道，以活性炭纖維為濾材的空氣過(guò)濾器對(duì)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(jiàn)，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(duì)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(shí)，活性炭法可用于測(cè)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(duì)于有些污染質(zhì)只有極其微小的吸附能力，沒(méi)有使用價(jià)值。
⑵我國(guó)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(duì)親水性污染質(zhì)的低吸附量另外一個(gè)重要的問(wèn)題就是活性炭的疏水性表面，對(duì)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(gè)自身缺點(diǎn)就是它的“非選擇性”，它對(duì)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(huì)很快吸附飽和導(dǎo)致失活。
⑸活性炭應(yīng)用的安全問(wèn)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�；钚蕴康谋倔w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(shí)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(duì)活性炭就需要慎重使用。另外，吸附過(guò)程會(huì)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(duì)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(kāi)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(wèn)題，吸附劑工作一段時(shí)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(shí)清理，可能會(huì)成為細(xì)菌滋生的場(chǎng)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(kāi)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(duì)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(zhǎng)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(guò)代謝活動(dòng)，一方面被分解、穩(wěn)定，并提供微生物生命活動(dòng)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(zhǎng)繁殖。微生物凈化空氣具有 以下三個(gè)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(zhǎng)繁殖快、易變異等特性，可以針對(duì)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(lái)。
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(duì)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(guò)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(duì)TVOC的凈化性能也有較大的提高。有人曾對(duì)同一廠家的凈化器做過(guò)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(duì)TVOC的凈化效率從43%提高到了76%。
2.4 活性炭與靜電場(chǎng)結(jié)合
與靜電場(chǎng)結(jié)合使用，將活性炭氈與聚丙烯過(guò)濾膜復(fù)合，利用鏡像力原理捕集在電場(chǎng)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(zhǎng)活性炭的使用周期，但同樣面臨活性炭失效的問(wèn)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(huì)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(wèn)題也是需要設(shè)計(jì)人員著重考慮的；
⑷二次污染問(wèn)題：靜電場(chǎng)、光催化等技術(shù)可能會(huì)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(gè)方面來(lái)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(duì)不同的污染物，采取相應(yīng)的措施，并研制對(duì)多種氣體污染物都能有良好吸附效果的產(chǎn)品；
⑵對(duì)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(duì)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(kāi)發(fā)新型吸附產(chǎn)品，使其更好地適應(yīng)市場(chǎng)的需求；
⑸活性炭空氣凈化器設(shè)計(jì)合理，外表美觀，使用方便，節(jié)能明顯。