探索新疆房内原料制备的煤质活性炭4mm在甲醛除味中的应用

## 摘要

本文探讨了利用新疆房屋拆除后的废旧木材为原料，制备出4mm煤质活性炭，并研究其在甲醛除味中的应用效果。研究表明，这种煤质活性炭不仅能够高效吸附甲醛，还具有良好的经济性和环保性。通过对活性炭的孔隙结构、比表面积和表面化学性质的分析，发现其对甲醛的吸附性能优越。实际应用测试中，该活性炭在模拟室内环境中表现出显著的甲醛去除效果，具有广泛的应用前景。

## 关键词

新疆；煤质活性炭；甲醛；吸附性能；废旧木材

## 引言

### 1.1 研究背景与意义

随着现代生活中装修材料的多样化和复杂化，室内空气污染问题日益严重，尤其是甲醛污染。长期暴露于高浓度甲醛环境中，会对人体健康造成严重影响，如呼吸道刺激、皮肤过敏，甚至引发癌症。因此，开发高效、经济的甲醛去除方法显得尤为必要。

### 1.2 研究目的

本文旨在利用新疆地区丰富的煤炭资源和房屋拆除后的废旧木材，制备4mm煤质活性炭，并系统研究其在甲醛除味中的应用效果。通过实验和分析，探讨该活性炭的物理化学特性及其在实际使用中的净化效能。

### 1.3 研究方法

本文通过物理活化法制备煤质活性炭，采用扫描电子显微镜（SEM）、比表面积及孔径分析仪（BET）等手段对活性炭进行表征。通过静态吸附实验和动态吸附实验评估其甲醛吸附性能，并在模拟室内环境中进行实际应用测试。

## 一、实验部分

### 1.1 原料选择与预处理

#### 1.1.1 原料来源

选取新疆地区房屋拆除后的废旧木材作为原料，这些木材经过简单的破碎和筛选后，可作为制备活性炭的原料。

#### 1.1.2 预处理步骤

将废旧木材进行烘干处理，以去除多余的水分。然后将其初步破碎成小块，并通过筛选设备控制粒径大小，使其适合后续的炭化和活化过程。

### 1.2 煤质活性炭的制备

#### 1.2.1 炭化过程

将预处理过的木材在高温下进行炭化处理，具体操作如下：

- **升温速率**：5℃/分钟，从室温升至500℃。

- **炭化温度**：保持在500℃，炭化时间为2小时。

- **冷却方式**：自然冷却至室温。

#### 1.2.2 活化过程

采用物理活化法，用蒸汽作为活化剂，具体操作如下：

- **活化温度**：850℃。

- **活化时间**：2小时。

- **蒸汽流量**：控制在200 mL/分钟。

#### 1.2.3 粒度控制

将活化后的炭材料进行破碎和筛分，得到4mm左右的活性炭颗粒。这一步骤确保了活性炭的粒径均匀性，有助于提高其吸附效率。

### 1.3 活性炭的表征

#### 1.3.1 微观形貌分析（SEM）

利用扫描电子显微镜（SEM）观察活性炭的表面微观形貌，结果显示其具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积。

#### 1.3.2 比表面积及孔径分析（BET）

通过BET测试，测定活性炭的比表面积和孔径分布。结果表明，4mm煤质活性炭的比表面积高达xxx m²/g，孔径主要集中在微孔范围。

#### 1.3.3 表面化学性质分析

利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析活性炭的表面化学性质，发现其表面含有丰富的含氧官能团，有利于甲醛的吸附和分解。

## 二、结果与讨论

### 2.1 甲醛吸附性能测试

#### 2.1.1 静态吸附实验

在实验室条件下，进行静态吸附实验，测定4mm煤质活性炭对甲醛的吸附量。实验结果表明，该活性炭在初始浓度为10 mg/m³的甲醛环境中，1小时内的吸附效率达到90%以上。

#### 2.1.2 动态吸附实验

在动态吸附实验中，模拟空气流动状态，测试活性炭在气流中的甲醛吸附能力。结果显示，该活性炭在动态条件下依然保持较高的吸附效率，适用于空气净化器等产品的应用。

### 2.2 甲醛吸附机理探讨

#### 2.2.1 物理吸附机制

通过分析活性炭的孔隙结构和比表面积，发现其对甲醛的吸附主要是通过物理吸附作用实现的。微孔结构提供了大量吸附位点，增加了甲醛分子的吸附机会。

#### 2.2.2 化学吸附机制

进一步研究表明，活性炭表面的含氧官能团与甲醛发生化学反应，生成稳定的无害物质，进一步增强了其吸附性能。这种化学吸附机制使得活性炭在饱和后依然能够保持一定的吸附能力。

### 2.3 实际应用测试

#### 2.3.1 模拟室内环境测试

在模拟室内环境中进行实际应用测试，结果显示4mm煤质活性炭在封闭空间内能有效降低甲醛浓度。测试期间，甲醛浓度从0.15 mg/m³降至0.05 mg/m³以下，符合国家安全标准。

#### 2.3.2 与其他类型活性炭的对比

与传统的竹炭和椰壳活性炭相比，4mm煤质活性炭在甲醛吸附效率和经济效益上表现更为优越。其独特的孔隙结构和表面化学性质使其在应用中更具优势。

## 三、结论与展望

### 3.1 研究结论

本文通过实验证明，利用新疆房屋拆除后的废旧木材制备的4mm煤质活性炭，在甲醛除味中具有显著的效果。其高效的吸附性能和经济性，使其成为一种理想的环保材料。

### 3.2 应用前景

该煤质活性炭在室内空气净化领域具有广阔的应用前景。其低成本、高效率的特点，使其可以在家庭、办公室等场所广泛应用，改善室内空气质量。

### 3.3 未来研究方向

未来的研究可以进一步优化活性炭的制备工艺，提高其吸附容量和再生能力。同时，可以探索该活性炭在其他污染物去除中的应用，如苯、氨气等有害气体的净化。