室内空气净化材料应用及发展趋势

我国多年房地产业的迅猛发展，城乡改造的快速扩张，楼房广厦如雨后春笋般地在神州大地上拔地而起，带动了房地产相关下游产业的发展，如涂料、装饰、家具、纺织、五金、矿产等。自1999年以来，全国各大城市掀起的旧房拆迁，城市整合，新楼宇和新小区大批在建，人们都沉浸在幸福生活质量的快乐之中，殊不知装修材料污染带来了人们身体健康指数的严重下降！

国务院总理李克强在第七次全国环境保护大会上发表讲话时强调，把解决损害群众健康的突出环境问题作为重中之重，切实解决影响科学发展和损害群众健康的突出环境问题。国家“十二五”计划也将“室内空气净化”列为扶持行业，2011年“中华人民共和国卫生部80号令”重点陈述了室内空气净化的严格控制条款，进一步催熟了这一行业向正规化发展。

一、室内装修材料污染源分析

室内环境污染的来源很多，其中有相当一部分是由于装修过程中所使用的材料不当造成的，包括甲醛、苯系物、室内总挥发性有机物（TVOC）、氨气以及微量放射性元素氡等有害气体。

1.室内甲醛存在来源及危害

目前，我国主要室内装修、装潢使用的人造板材（胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板和实木制造的家具）、纺织品、纸制品、地毯、涂料、泡沫塑料等大多利用脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂等作为粘合剂，我国脲醛胶树脂的年产量为40万t，人造板（胶合板、刨花板和纤维板）所使用粘合剂的量占到总产量的80%，因此在室内装修中大量人造板材的使用使得甲醛成为一种普遍存在的挥发性室内污染物。

2.室内环境中苯及苯系物的来源及危害

室内环境中苯系物（苯、甲苯、二甲苯）的来源主要在涂料、发泡材料、防水材料、隔热材料地毯、皮革制品、洗涤剂、化妆品等。

长期接触苯系物可引起骨髓和遗传损害，同时，会伴有痛、欲呕、步态不稳、昏迷、抽搐及心律不齐。

3.室内TVOC的来源及危害

TVOC是指在常压下，沸点50～260℃的各种有机化合物。室内的TVOC与苯系物的来源大致相同，属于共生共存化合物。或者可以说，除苯系物之外的不明有机挥发物都可以认为是TVOC。

人长期居住在TVOC浓度过高的环境中，会产生全身无力、嗜睡、皮肤瘙痒等症状。TVOC尤其对儿童健康的影响更为严重，是造成儿童神经系统、血液系统、后天心脏疾病的罪魁祸首之一；另外，造成孕妇体内胎儿畸形的几率大增，并且有可能对婴儿出生后的智力发育造成影响。

4.室内氨气的来源及危害

室内氨气主要是由建筑墙体材料的防冻剂中挥发释放而产生，近年来由于严格控制墙体材料防冻剂的加入，室内氨气的浓度有了明显降低。但是，如果人长期在室内夹杂着氨气的环境下生活，氨气会慢慢进入肺泡与血红蛋白结合破坏血液的输氧功能。

5.室内放射性氡的来源及危害

室内放射性稀有气体——氡的来源很广泛：如建筑材料、石材、天然气燃烧、下水管道等。氡的放射性可引发人类患上肺癌、皮肤癌、白血病和其他呼吸道疾病或死亡。世界卫生组织把它列为19种主要环境致癌物质之一，国际癌症研究机构（IARC）也认为氡是重要的致癌物质。

二、合理理想的室内空气治理工艺

1.装修、装饰材料的污染预处理

室内装饰装修应用的材料很多，例如大芯板、密度板、涂料、地板、地毯、粘合剂等，必须使用达到环保标准的产品，甚至达到无有害物质的绿色标准，这是最为有效的治理手段，是“治本”的方法。

2.装修后室内空气的净化

采用臭氧、负离子、低温等离子体等物理方法进行室内净化；采用化学催化和生物化学方法进行全方位的净化，是以上源头治理方法的完善和补充手段。

3.室内环境的维护

要长期保持优良的室内空气质量，在上述治理净化的基础上，采用有效不可逆的纳米吸附—消除—净化功能的室内净化机，使得人们的室内生活环境达到长期洁净的理想水平。

三、室内空气净化材料的分类

应用在室内空气净化方面比较普遍的材料当属“光触媒材料”，但光触媒材料在很大程度上会依赖紫外线的能量激活光生电子跃迁，产生氧化性很强的羟基自由基和过氧化自由基，尽管目前有很多自然光响应的掺杂纳米二氧化钛（TiO2）光触媒产品和所谓无光光触媒产品等，但是在治理过程中仍然达不到理想的效果。室内空气净化工程实际上是系列空气净化材料和科学治理工艺的统一体。

1.源头装修材料的无害化处理

目前很多厂家都说自己的装饰装修材料无甲醛、无污染，实际上，绝对零污染的材料并不存在。即使这些材料的外部都符合国家标准，但在使用过程中必然经过加工切割露出材料断面，从断面内释放的有害气体的量非常惊人。信利敏等（CN 103409096B）申请了一种环保无甲醛木材专用呋喃类树脂胶粘剂的制备方法，其技术核心是一种环保无甲醛木材专用胶粘剂，解决了木材使用甲醛粘合剂释放甲醛的问题。原料采用农作物秸秆代替石油化工原料，有效果解决了室内装修使用脲醛胶释放甲醛的问题，从源头上保证了下游加工环节的环保问题。但是，如何做到性能优异、价格低廉，应用广谱性好，是考验该产品的试金石。所以，应该加大力度支持能够完全代替脲醛胶的环保产品的研究应用以及产业化。

室内装修、装饰最普遍的材料就是涂料。涂料的使用在室内家具中占很大的比重，家庭装修后涂料味道非常大，很难去除。涂料涂刷后要经过表干和实干。表干在几个小时到几天内完成，但是，实干需要几个月方可完成。实干过程就是涂料树脂释放溶剂慢慢氧化形成涂料固化膜的过程。在这个过程中，既不影响油漆实干又可以降低溶剂的味道，笔者所在公司就合成了一种能够吸附溶解涂料释放的苯系物和TVOC的纳米乳化蜡。将此产品喷到涂料表面，再用干净的纳米巾揉擦数遍涂料表面，其表面可以形成一种纳米生物高分子膜，这种膜不仅填充了涂料表面的毛细管，而且还可以吸附降解这些有害物质，同时对漆膜起到润泽靓丽、抗静电的作用。

墙壁涂料的应用在室内也占很大比例。乳胶漆是由颜填料、有机助剂、高分子成膜物质组成，涂刷过程中会释放大量的甲醛、苯系物和TVOC，对人体健康的影响很大！近年来，企业在制备乳胶漆过程中复合很多能够去除甲醛等有害物质的纳米功能性助剂，使得产品在涂刷后具有吸附和降解甲醛等有害物质的功能。一种室内空气净化内墙涂料，在涂料的填充料中添加有光敏化的锐钛型TiO2粉末，这种涂料具有杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化室内空气等显著特点。

在普通的涂料中加入一定量的生物酶，可成为生物酶内墙环保涂料，该生物酶内墙环保涂料具有清除室内甲醛、释放负离子，净化空气的功能。

负离子远红外多功能生态抗菌内墙乳胶漆也是一种新型的功能性乳胶漆。在原始乳胶漆配方中加入崇光石、托玛琳、古生物蛋白粉、硅藻土等，不仅可以调节湿度，还具备释放负离子、发射远红外线，具有去除室内甲醛、苯、氨气等有害气体的功效。

乳胶漆涂料底层的腻子以及目前很普遍使用的装饰材料硅藻泥，相关机构和企业也都对其进行了功能性开发。目前墙体腻子和硅藻泥中添加纳米光催化剂、负离子、远红外材料的技术有很多已经见诸媒体。这种复合材料具有抗菌、抑菌和净化空气的功能，可去除室内甲醛、氨、氡、苯等多种有毒气体。另外，关于在墙体材料中加入能够吸附甲醛等有害气体的材料技术也有报道。

为了配合室内装修裸露的地板、板材，相关企业研发了一种封闭除味环保腻子和纳米封除剂，有效制止了以脲醛胶为主体的人造板材长期大量释放有害物质的现象，是2种很有应用前景的新材料产品。

2.室内环境空气化学净化材料

上述从源头上做好各种装饰材料和装修材料的无害化处理非常必要，然而原材料的无害化实施起来很困难，国家质检部门对此非常重视，但是监管上还很困难。即使一些装饰材料达到了环保要求，但用于室内装修的材料还要进行再加工，必然会产生有害物质的释放。尽管这些装饰装修材料和家具等符合环保指标，放到室内小空间由于释放富集还是会造成有害物质的超标危害人体健康。因此，新房装修后，必须要进行进一步的空气治理。

（1）物理吸附材料

室内吸附净化技术是依靠吸附材料巨大的比表面积，吸附处理有害气体，常用的吸附剂有颗粒活性炭、活性炭纤维、凹凸棒和分子筛混合物等，其中又以颗粒活性炭和活性炭纤维最常用。由于这种固体吸附方法是静态的吸附作用，因此，净化有害气体的效果不太明显，用于小范围例如抽屉、柜子等。这个吸附作用是一种可逆的物理作用，吸附饱和后就会原位释放，反而造成更大的污染。因此，如何让活性炭、活性炭纤维等与纳米活性材料结合，对于有害物质的反应变为不可逆，达到“吸附—降解—消除”的效果，成为目前有效处理室内环境污染的一个重要研究方向。

将活性炭纤维和纳米TiO2复合在一起，要比单一材料的效果好，弥补了活性炭纤维的吸附饱和不降解的缺点。（2）化学氧化材料

早期媒体报道了日本室内环境污染治理材料多采用化学氧化和中和药剂，通常使用的有二氧化氯、次氯酸、过氧乙酸、尿素和三聚氰胺复合物等。这些药剂处理过后会产生二次污染并且很容易产生反弹现象，因此，近年不为人们采用。

（3）植物及中草药提取物净化材料

国外最早进行植物净化室内空气污染研究的是美国航天局Wolverton博士，他在20世纪60年代就已经开始关注太空空间站这样一个密闭环境中的空气污染问题。Wolverton博士从1984-1989年间进行了一系列的相关研究，目的是了解植物净化室内空气污染的效果，以便能够解决空间站内的空气污染问题。

利用植物和中草药对大气污染的吸收能力以及降解和转化的机理和特性，提取出一系列的酶活性物质，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶、过氧化氢酶、非酶抗氧化剂维生素C、维生素E等。一种生物酶净化剂（梁红明CN 201210413439）是将大豆提取物作为空气净化剂的主要成分，并制成4种剂型：催化酶、分解酶、吸附酶和液钛酶。其功能为主动结合空气中的有害物质，清除异味并能分解空气中的细菌、甲醛、苯系物、TVOC、氨和异味，可以高效清除病毒霉菌。这些从天然植物提取的活性物质在净化室内空气中非常安全环保，但是，这种纯天然活性物提取材料对去除室内重度有害气体污染的功效还有待进一步提高。（4）纳米氧化钛复合天然植物抗菌净化剂

河南济世药业有限公司研发了一种天然抗生素——冬凌草提取物和载银、铜、锌、稀土微量元素的纳米TiO2复合材料，不仅可以凝聚沉降室内PM2.5细颗粒物以及预防和杀灭细菌病毒，而且还可以消除降解室内有害气体，是一种应用十分广泛的复合功能型材料。

（5）室内纳米TiO2催化剂及可见光催化材料

近些年来，纳米TiO2光催化剂在室内空气净化中的应用比较普遍。国内生产厂家很多，为了规范市场上这类产品的质量，由国家环保产品质量监督检验中心、福州大学光催化研究所、中国标准化研究院等单位起草了《净化空气用光催化剂GB/T 27870-2011》国家标准，并于2012年实施。这种材料在紫外光照射下用于室外净化有害气体的效果很好，但是，由于室内没有紫外光的存在，效果不甚理想，在一定程度上影响了这种材料的广泛应用，因此，将这种材料的光响应范围扩展到可见光区和提高其总量子效率始终是科技界十分活跃的研究课题。这种新材料在可见光或微弱光线下能够持久地对甲醛释放进行催化降解，其有效期理论上能达到15年之久。

中国科学院长春应用化学研究所“一种用于室内空气净化的催化剂及其制备方法”的专利（杨向光、李静、肖德海、张兴文CN 200810051706）披露这种催化剂的组成为：铂（Pt）负载于氧化铝（Al2O3）或TiO2和Al2O3的复合载体上，助剂为氧化锰（MnO2）等金属氧化物。此催化剂用于新的室内空气净化装置的吸附系统和催化燃烧系统，将有害物质矿化为无害的二氧化碳和水，在一个甲醛浓度为1.4mg/m3的50m3的房间运行此装置24h后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3，低于中国室内空气污染物标准的0.10mg/m3。

实验发现一系列钛酸盐（BaTi6O13、Bi6Ti5WO22、Bi10Ti3W3O30）具有优良的催化性能，在可见光下能够分解有害物质，这类材料用于室内空气净化有望开辟出一个新的应用领域。纳米TiO2液相合成中加入铈化合物构成了一种TiO2纳米带宽度为50～200nm、厚度为20～40nm、氧化铈纳米颗粒的直径为4～8nm的表面异质结构光催化剂，所得到的光催化剂材料具有比较大的比表面积，容易捕捉污染物分子，可以显著抑制光生电子空穴的复合，提高了材料的紫外—可见光催化性能。一种新的纳米TiO2负载二氧化硅（SiO2）的合成工艺的特点是：第一步，合成大孔径SiO2泡沫负载体；第二步，采用孔道内水解的方法，水解钛酸四丁酯把TiO2负载在泡沫型氧化硅的孔道内，制备出量子点TiO2负载SiO2光催化剂材料。负载体SiO2材料为大孔径泡沫孔道结构，TiO2在5nm以下，为量子点尺寸，且均匀分散于SiO2孔道内部，比表面积为431m2/g，孔容为1.20cm3/g，孔径为11.1nm左右。

一种进行三元共掺杂的催化剂材料采用溶胶-凝胶法，以纳米TiO2为载体掺杂磷、氮和钼，在可见光下显示出了优异的光催化性能，无论对染料还是不吸收可见光的有机物均有良好的降解效果。这种可见光响应的催化剂成本比较低，对于室内空气净化很有应用前景。

四、室内空气净化的治理方法

如前所述，根据室内装修的复杂结构，随之产生了许多类型的净化材料。由于装修结构相当复杂，仅有好的治理材料还不够，还要有一个科学、灵活的结合实地具体情况的治理方法。

1.现场预调查了解

对室内的装修情况要进行深入的调查，了解家具、电器、地板、地毯的购置时间和材质情况，观察有无隐蔽工程（如壁纸胶粘剂、复合地板接缝、连体家具壁柜、自行打造贴墙家具等）。

2.清理室内杂物

清理室内一切塑料、瓦楞纸箱等包装物等，一并移出室外。

3.深入调查

了解装修材料和装饰品的品牌情况，了解购进家具的品牌和时间，以解释油漆涂层的实干原理。

4.制定治理方案

室内的提前检测十分必要，根据对室内甲醛、氨、苯系物及TVOC污染情况检测的结果，结合自己的药剂制定治理方案。

5.使用物理设备进行治理

（1）臭氧机处理

对于室内不流通并且污染严重的环境，要采取臭氧发生装置，进行间歇式的臭氧处理。

（2）物理机械—化学熏蒸

高温熏蒸是一种比较有效的室内物体表面和深度治理的方法，加之通过高温纳米熏蒸液的释放和渗透，可以达到化学治理前期的活化、渗透的预处理作用。

6.采用纳米药品进行治理

（1）熏蒸药剂的使用

该药剂是由3种纳米天然植物提取复合的浓缩产品，使用时通常可以兑水，但要严格按照操作程序操作。

（2）墙面、屋顶等构建立体纳米活化膜

采用复合光触媒对乳胶漆墙面、屋顶和窗帘进行喷涂，其目的是渗透、成膜并消除游离的有害物质。经光线或微弱光线照射就会将空气中的甲醛、烟雾等有害气体吸附降解消除净化。

（3）家具板材内壁毛面的处理

由细木工板、纤维板、大芯板构成的家具板材大多是采用脲醛树脂为粘合剂，游离甲醛含量相当高且释放时间长。使用可吸附甲醛等有害物的纳米腻子，将家具板材、地板断面和接缝处封闭，以免断面释放有害物质。然后再使用复合甲醛净化剂对其内壁毛面进行雾化喷涂处理，此时，可以将游离的甲醛大部分消除，待喷膜半干或全干后，再用装修异味净化剂雾化喷涂1～2遍。

（4）布艺饰物负载一种纳米活化膜

布艺沙发、窗帘、床垫等室内布艺饰品，尤其是床垫，由于使用粘合剂和印染助剂等化学物质，赋存和游离的甲醛很高。

在布艺饰品上喷涂复合光触媒、甲醛除味剂、装修除味剂不仅可以很快除去甲醛等有害气体，而且还可以在这些布艺载体上建立一个高效持久的纳米活化膜。

（5）涂料、烤漆表面的除味

涂料、烤漆表面的家具电器等产生的味道主要是表面的涂层实干没有彻底，还在慢慢释放有机溶剂，使用除醛纳米蜡，不仅是上述物件光亮润泽，更有效的是可以将其释放的甲醛、苯系物和TVOC溶解消除。

（6）室内装修异味生态去除

整个空间治理完后，由于室内装饰材料的复杂，不免还有一些不同空气异味，可以采用独特的生态、绿色现代生物技术纳米植物复合空气清新剂。该品为略带浅绿色半透明纳米液体、具有超能分子捕获功能，经过高压喷枪雾化喷洒到家具、板材、地毯等表面及空间，立刻将不明异味分子识别捕获，生成无害的大分子物质，同时释放大自然的微微清香，令室内及卫生间空气自然清新。

（7）纳米封除剂对于裸露板材的封除

对于裸露板材、高密度板破口处、接缝处，使用家具板材封除剂直接刷涂1～2次，即可消除板材和板材裸露表面释放的有害气体。对于大面积的裸露板材可以喷涂，效果更明显。

五、结语

由于室内装修和装饰材料的复杂性、装修存在的隐蔽工程、家具油漆的表干和实干不彻底等问题，经典的室内空气净化产品仍普遍存在的问题，即使一个好的净化产品，也不一定将治理净化对象完全去除。就像一种处方药剂，对同一种发病人群不一定都会奏效。因此，净化材料对于室内空气净化来说相当重要，与合理科学的治理净化工艺结合才可以理想地完成室内环境的净化和治理。

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