方式，對室內中甲醛、揮發性有機物的綜合凈化效果明顯好于袋裝放置方式。
在實驗過程中，幫助我的老師們告訴我，憑他們的工作經驗。經過我改性處理過的活性炭能到達這樣的吸附凈化效果，是相當不錯的；如果活性炭沒有經過改性處理。對甲醛的吸附效果非常差。此外，我們還在開窗通風時，使用改性活性炭，與僅開窗通風進行比較試驗，使用改性活性炭后，可以在一天內，使甲醛的濃度低于國家室內空氣質量標準0.1mg／m3，達到安全要求。建議在新裝修房間內的家具(書柜、櫥柜、衣柜)等可以開、關的小密閉空間，放置一定量的袋裝活性炭(MC) (類似有些家庭放置樟腦丸)，一周左右后拿到太陽底下曝曬一天，有條件時，可在較高溫度下(<120℃)烘烤幾個小時，再重復放置，可以去除緩慢放出的有害氣體。而對面積較大的房間，在通風情況下，平攤放置活性炭(MC)，半月左右即可人住。
該材料在使用過程中易受多種污染物的污染，使凈化效能下降。此外，活性炭對甲醛的催化性能還需改進提高。
該材料在空氣凈化領域應用較廣，一方面可以簡單分裝做成滿足不同凈化空間的不同規格的凈化盒，按要求放置在相應家居、家具或轎車內等，適用于污染較輕的場所；另一方面可以作為過濾凈化器的裝填材料，可以一次性安裝，也可定期更換使用，適合污染較重、空間較大的場所。
五、結論
1 本課題以柱狀活性炭為基炭，以金屬碳酸鹽、有機胺為浸漬試劑。采用浸漬一烘干一活化工藝成功開發了一種全新的高效綜合氣體凈化材料，該材料對室內空氣污染有很好吸附和催化作用，治理效果明顯。
2 提出使用改性活性炭凈化室內污染物的合理化建議，即對緩慢釋放有害氣體的較小密閉空間(如家具、櫥柜)，使用袋裝改性活性炭2天后，需要活化一次；而對大空間(如單元間)，可采用平攤改性活性炭。加通風的方式凈化空氣。一周后，對改性活性炭重新活化處理(烘烤或太陽底下曝曬)，否則改性活性炭會重新釋放污染物。
六、收獲與體會
通過這次的實驗探究，我充分體會了實踐在科學探究中的重要性，以及看似深奧的科學技術，只要你用心鉆研，終能在努力下被攻克，并了解到其本質是一些與日常生活有密切聯系的東西。
這次從日常生活中的小問題獲得靈感并展開研究最終取得滿意的結果，讓我認識到“科技以人為本”的重要性。生活中一直存在，卻又被我們所忽視的一些問題，例如飲水機，抽油煙機的污染凈化；洗衣機，馬桶污染去除問題等，都能通過認真的分析與鉆研，找出合理而實用的解決方法。探索，永無止境；創新，永不言棄!
專家點評
家居裝修后的污染，特別是甲醛、氨、氮等氣體污染，歷來為人們所關注。作者選擇與國計民生密切相關的常見問題．開展研究，項目具有明顯的實用性．．作者的研究是在比較專業的實驗室完成的．有專家指導，科學性較強；實驗目的明確，實驗設計也不特別復雜，可以自己動手完成．有自主性。
【摘要】本研究立足于物理吸附和化學催化相結合的空氣凈化技術，優選碳酸銅、碳酸鉀、乙二胺作為改性活性炭的浸漬劑，通過活性炭一浸漬一烘干一活化一改性活性炭工藝研究，研制出一種新型空氣凈化材料。通過實驗室凈化性能試驗和密閉空間使用評價試驗證明，該材料對室內空氣污染(主要目標污染物為苯、硫化氫、甲醛)有很好的吸附和催化作用，治理效果明顯。同時，本研究還提出了使用改性活性炭凈化室內空氣的合理化建議。
【關鍵詞】活性炭 浸漬劑 凈化材料 空氣凈化
一、研究背景
去年。我們裝修新家，我父親從單位拿回一麻袋活性炭布(做防毒服后的下腳料)，布滿了整個房間。對此，我產生了好奇：小小的布塊能否除去大量的污染物?它是對某種污染物有凈化能力，還是對大多數污染物有效?這些布塊是分解了污染物，還是吸附了污染物?吸附飽和后還有效果嗎?如何連續使用?帶著這些疑問，我請教了幾位專家叔叔，在他們的指導下，通過在普通活性炭中添加一些活性成分，對活性炭進行改性，嘗試研制一種復合、廣譜、高效的空氣凈化材料，同時驗證這些簡易的凈化材料在家庭中的使用方式。
二、材料與方法
1 材料
活性炭BN-09(寧夏西北奔牛活性炭有限公司)，為柱狀，粒徑0.9mm，碳酸銅、碳酸鉀(化學純)，乙二胺(化學純)，均從試劑商店購得。
2 儀器
鼓風干燥箱、管狀電爐、4160-2型甲醛分析儀、PPbRAE總揮發有機物測定儀、HP6890氣相色譜儀。
3 改性活性炭的制備工藝
制備改性炭工藝流程如下：
以活性炭總重量的15％為基準，按一定的比例通過浸漬一烘干一活化工藝流程，制備出含碳酸銅6wt％、碳酸鉀3wt％、乙二胺6wt％的改性活性炭(簡稱MC，或稱改性炭)。添加物的比例是通過大量的正交試驗和參考他人的實驗結果確定的，為最佳配方，見表1、表2。
4 活性炭及改性活性炭對污染物凈化性能實驗室比較測定
活性炭對甲醛的凈化性能評價采用動力管吸附實驗來進行，測試條件：動力管直徑2cm，床層高度3cm，濾速1.6L／cm2·min，相對濕度50RH％，溫度(20±5)℃。
甲醛濃度參照GB T15516-1995(空氣質量一甲醛檢測一乙酰丙酮分光光度法測定)測定，評價裝置如圖1所示。殘留甲醛濃度測定采用甲醛分析儀在線測定。
三、過程與結果
1 浸漬劑配方優化結果
以家居污染空氣主要目標污染物苯、硫化氫、甲醛的凈化效果作為篩選評價指標，采用正交試驗方法，最佳配方以甲醛的最佳凈化效果為參照點(因為甲醛是家居環境中較難凈化的污染物之～)，以綜合凈化效果確定 浸漬劑最終配方，即樣本5號配方，見表1。
2 改性活性炭性能測試結果
按5號配方制備改性活性炭。對其進行了性能參數的測定，見表2。表中數據均為比較理想的數據。
3 密閉空間凈化試驗結果
改性活性炭分別采用袋裝放置、平攤放置，定期對密閉空間內甲醛、揮發性有機物的濃度進行測定(房間體積38.28m3)，結果見表3、表4所示。
四、結果與討論
1 改性效果比較
由于活性炭(基炭)表面是非極性的，對極性物質(污染物)的吸附能力有限，而甲醛為極性物質，活性炭對苯系物能有效去除，但對甲醛、氨和硫化氫的去除效果很差。改性后的活性炭具有極性特征，對污染物(特別是甲醛)的吸附能力顯著增強，并同時與污染物發生化學反應，將其轉化為無毒無害物質。
實驗中對比研究了改性活性炭(MC)與市售甲醛防護炭(天津卡奔活性炭有限公司生產的活性炭)對甲醛的凈化效果，在相同實驗條件下。MC是卡奔樣品的10-13倍。
2 有害物質在改性活性炭上的脫除機理
有害物質在改性活性炭上的脫除過程被認為是分步完成的(見圖2)。
第一步：有害氣體分子從空氣中跑到活性炭顆粒的表面附近：
第二步：有害氣體分子在活性炭顆粒的表面鉆入到活性炭的孔隙里；
第三步：有害氣體分子在活性炭孑L隙內亂撞，與活性部位發生接觸；
第四步：有害氣體分子被活性炭上的活性部位抓住；
第五步：有一些有害氣體分子又獲得自由，從活性部位逃離，并且擴散；
第六步：逃離的有害氣體分子與孔隙中的浸漬劑發生反應；
第七步：一些不穩定的反應產物在吸附劑上的吸附較弱，從大孔區域脫離，進入活性炭顆粒周圍的空氣中，通過擴散。從活性炭顆粒中跑掉。
3 改性活性炭對甲醛的動態吸附
動態吸附是改性活性炭裝填層在氣流中對甲醛的吸附。從吸附性能的影響因素來看，動態吸附比靜態吸附復雜。
當含有一定流量和濃度的甲醛蒸氣一空氣混合氣流通過炭層時，甲醛蒸氣濃度在炭層中，沿氣流方向逐漸降低，直到距離出口某一距離上，濃度降為零。隨著氣流不斷通入，靠近進氣口的炭吸附層逐漸飽和，從飽和層透出的甲醛蒸氣進入下一層。如此，隨著通氣時間的延長，飽和層逐漸后移。當飽和層推進到炭層末端時，整個炭層被完全穿透。當出氣口甲醛蒸氣濃度達到對人員最低傷害的濃度時，認定炭層失效(見圖1)。我們目前在家中常用的空氣凈化器就是依據該原理設計的。
4 密閉空間凈化效果分析
從圖3、圖4可以發現。當活性炭采用袋裝放置方式時，在初始階段，活性炭對甲醛和揮發性有機物的吸附凈化效果非常明顯。甲醛含量約下降8.6％。揮發性有機含量下降33％，這說明活性炭放置量偏少，房子空間偏大。但隨著時間延長。室內甲醛的濃度明顯上升，甚至超過最初的甲醛濃度；即使時間延長，由于桌椅在不停地釋放污染氣體，室內甲醛的濃度也沒有明顯的下降，表明袋裝活性炭的吸附速度慢。凈化效果差。當活性炭采用平攤放置方式時，在初始階段，活性炭對甲醛的吸附凈化效果非常明顯，甲醛含量下降47％，揮發性有機物下降32％；隨著時間延長，雖然室內還在不停地釋放甲醛，但活性炭對甲醛依然具有吸附凈化效果；這是由于活性炭采用平攤放置方式，與甲醛、揮發性有機物的接觸面積大，吸附速度快，可以對甲醛、揮發性有機物進行充分吸附。也就是說，活性炭采用平攤放置方式，對室內中甲醛的吸附凈化效果明顯好于袋裝放置方式。
圖3、圖4中的甲醛、揮發性有機物濃度在幾天后，出現上升拐點，是由于室內溫度有較大上升，導致家具中的甲醛、揮發性有機物揮發速度比前幾天快，而活性炭的吸附凈化速度又跟不上甲醛、揮發性有機物的揮發速度，因此，出現圖中的上升拐點現象。
通過綜合效果的判斷，活性炭采用平攤放置
在實驗過程中，幫助我的老師們告訴我，憑他們的工作經驗。經過我改性處理過的活性炭能到達這樣的吸附凈化效果，是相當不錯的；如果活性炭沒有經過改性處理。對甲醛的吸附效果非常差。此外，我們還在開窗通風時，使用改性活性炭，與僅開窗通風進行比較試驗，使用改性活性炭后，可以在一天內，使甲醛的濃度低于國家室內空氣質量標準0.1mg／m3，達到安全要求。建議在新裝修房間內的家具(書柜、櫥柜、衣柜)等可以開、關的小密閉空間，放置一定量的袋裝活性炭(MC) (類似有些家庭放置樟腦丸)，一周左右后拿到太陽底下曝曬一天，有條件時，可在較高溫度下(<120℃)烘烤幾個小時，再重復放置，可以去除緩慢放出的有害氣體。而對面積較大的房間，在通風情況下，平攤放置活性炭(MC)，半月左右即可人住。
該材料在使用過程中易受多種污染物的污染，使凈化效能下降。此外，活性炭對甲醛的催化性能還需改進提高。
該材料在空氣凈化領域應用較廣，一方面可以簡單分裝做成滿足不同凈化空間的不同規格的凈化盒，按要求放置在相應家居、家具或轎車內等，適用于污染較輕的場所；另一方面可以作為過濾凈化器的裝填材料，可以一次性安裝，也可定期更換使用，適合污染較重、空間較大的場所。
五、結論
1 本課題以柱狀活性炭為基炭，以金屬碳酸鹽、有機胺為浸漬試劑。采用浸漬一烘干一活化工藝成功開發了一種全新的高效綜合氣體凈化材料，該材料對室內空氣污染有很好吸附和催化作用，治理效果明顯。
2 提出使用改性活性炭凈化室內污染物的合理化建議，即對緩慢釋放有害氣體的較小密閉空間(如家具、櫥柜)，使用袋裝改性活性炭2天后，需要活化一次；而對大空間(如單元間)，可采用平攤改性活性炭。加通風的方式凈化空氣。一周后，對改性活性炭重新活化處理(烘烤或太陽底下曝曬)，否則改性活性炭會重新釋放污染物。
六、收獲與體會
通過這次的實驗探究，我充分體會了實踐在科學探究中的重要性，以及看似深奧的科學技術，只要你用心鉆研，終能在努力下被攻克，并了解到其本質是一些與日常生活有密切聯系的東西。
這次從日常生活中的小問題獲得靈感并展開研究最終取得滿意的結果，讓我認識到“科技以人為本”的重要性。生活中一直存在，卻又被我們所忽視的一些問題，例如飲水機，抽油煙機的污染凈化；洗衣機，馬桶污染去除問題等，都能通過認真的分析與鉆研，找出合理而實用的解決方法。探索，永無止境；創新，永不言棄!
專家點評
家居裝修后的污染，特別是甲醛、氨、氮等氣體污染，歷來為人們所關注。作者選擇與國計民生密切相關的常見問題．開展研究，項目具有明顯的實用性．．作者的研究是在比較專業的實驗室完成的．有專家指導，科學性較強；實驗目的明確，實驗設計也不特別復雜，可以自己動手完成．有自主性。
【關鍵詞】活性炭 浸漬劑 凈化材料 空氣凈化
一、研究背景
去年。我們裝修新家，我父親從單位拿回一麻袋活性炭布(做防毒服后的下腳料)，布滿了整個房間。對此，我產生了好奇：小小的布塊能否除去大量的污染物?它是對某種污染物有凈化能力，還是對大多數污染物有效?這些布塊是分解了污染物，還是吸附了污染物?吸附飽和后還有效果嗎?如何連續使用?帶著這些疑問，我請教了幾位專家叔叔，在他們的指導下，通過在普通活性炭中添加一些活性成分，對活性炭進行改性，嘗試研制一種復合、廣譜、高效的空氣凈化材料，同時驗證這些簡易的凈化材料在家庭中的使用方式。
二、材料與方法
1 材料
活性炭BN-09(寧夏西北奔牛活性炭有限公司)，為柱狀，粒徑0.9mm，碳酸銅、碳酸鉀(化學純)，乙二胺(化學純)，均從試劑商店購得。
2 儀器
鼓風干燥箱、管狀電爐、4160-2型甲醛分析儀、PPbRAE總揮發有機物測定儀、HP6890氣相色譜儀。
3 改性活性炭的制備工藝
制備改性炭工藝流程如下：
以活性炭總重量的15％為基準，按一定的比例通過浸漬一烘干一活化工藝流程，制備出含碳酸銅6wt％、碳酸鉀3wt％、乙二胺6wt％的改性活性炭(簡稱MC，或稱改性炭)。添加物的比例是通過大量的正交試驗和參考他人的實驗結果確定的，為最佳配方，見表1、表2。
4 活性炭及改性活性炭對污染物凈化性能實驗室比較測定
活性炭對甲醛的凈化性能評價采用動力管吸附實驗來進行，測試條件：動力管直徑2cm，床層高度3cm，濾速1.6L／cm2·min，相對濕度50RH％，溫度(20±5)℃。
甲醛濃度參照GB T15516-1995(空氣質量一甲醛檢測一乙酰丙酮分光光度法測定)測定，評價裝置如圖1所示。殘留甲醛濃度測定采用甲醛分析儀在線測定。
三、過程與結果
1 浸漬劑配方優化結果
以家居污染空氣主要目標污染物苯、硫化氫、甲醛的凈化效果作為篩選評價指標，采用正交試驗方法，最佳配方以甲醛的最佳凈化效果為參照點(因為甲醛是家居環境中較難凈化的污染物之～)，以綜合凈化效果確定 浸漬劑最終配方，即樣本5號配方，見表1。
2 改性活性炭性能測試結果
按5號配方制備改性活性炭。對其進行了性能參數的測定，見表2。表中數據均為比較理想的數據。
3 密閉空間凈化試驗結果
改性活性炭分別采用袋裝放置、平攤放置，定期對密閉空間內甲醛、揮發性有機物的濃度進行測定(房間體積38.28m3)，結果見表3、表4所示。
四、結果與討論
1 改性效果比較
由于活性炭(基炭)表面是非極性的，對極性物質(污染物)的吸附能力有限，而甲醛為極性物質，活性炭對苯系物能有效去除，但對甲醛、氨和硫化氫的去除效果很差。改性后的活性炭具有極性特征，對污染物(特別是甲醛)的吸附能力顯著增強，并同時與污染物發生化學反應，將其轉化為無毒無害物質。
實驗中對比研究了改性活性炭(MC)與市售甲醛防護炭(天津卡奔活性炭有限公司生產的活性炭)對甲醛的凈化效果，在相同實驗條件下。MC是卡奔樣品的10-13倍。
2 有害物質在改性活性炭上的脫除機理
有害物質在改性活性炭上的脫除過程被認為是分步完成的(見圖2)。
第一步：有害氣體分子從空氣中跑到活性炭顆粒的表面附近：
第二步：有害氣體分子在活性炭顆粒的表面鉆入到活性炭的孔隙里；
第三步：有害氣體分子在活性炭孑L隙內亂撞，與活性部位發生接觸；
第四步：有害氣體分子被活性炭上的活性部位抓住；
第五步：有一些有害氣體分子又獲得自由，從活性部位逃離，并且擴散；
第六步：逃離的有害氣體分子與孔隙中的浸漬劑發生反應；
第七步：一些不穩定的反應產物在吸附劑上的吸附較弱，從大孔區域脫離，進入活性炭顆粒周圍的空氣中，通過擴散。從活性炭顆粒中跑掉。
3 改性活性炭對甲醛的動態吸附
動態吸附是改性活性炭裝填層在氣流中對甲醛的吸附。從吸附性能的影響因素來看，動態吸附比靜態吸附復雜。
當含有一定流量和濃度的甲醛蒸氣一空氣混合氣流通過炭層時，甲醛蒸氣濃度在炭層中，沿氣流方向逐漸降低，直到距離出口某一距離上，濃度降為零。隨著氣流不斷通入，靠近進氣口的炭吸附層逐漸飽和，從飽和層透出的甲醛蒸氣進入下一層。如此，隨著通氣時間的延長，飽和層逐漸后移。當飽和層推進到炭層末端時，整個炭層被完全穿透。當出氣口甲醛蒸氣濃度達到對人員最低傷害的濃度時，認定炭層失效(見圖1)。我們目前在家中常用的空氣凈化器就是依據該原理設計的。
4 密閉空間凈化效果分析
從圖3、圖4可以發現。當活性炭采用袋裝放置方式時，在初始階段，活性炭對甲醛和揮發性有機物的吸附凈化效果非常明顯。甲醛含量約下降8.6％。揮發性有機含量下降33％，這說明活性炭放置量偏少，房子空間偏大。但隨著時間延長。室內甲醛的濃度明顯上升，甚至超過最初的甲醛濃度；即使時間延長，由于桌椅在不停地釋放污染氣體，室內甲醛的濃度也沒有明顯的下降，表明袋裝活性炭的吸附速度慢。凈化效果差。當活性炭采用平攤放置方式時，在初始階段，活性炭對甲醛的吸附凈化效果非常明顯，甲醛含量下降47％，揮發性有機物下降32％；隨著時間延長，雖然室內還在不停地釋放甲醛，但活性炭對甲醛依然具有吸附凈化效果；這是由于活性炭采用平攤放置方式，與甲醛、揮發性有機物的接觸面積大，吸附速度快，可以對甲醛、揮發性有機物進行充分吸附。也就是說，活性炭采用平攤放置方式，對室內中甲醛的吸附凈化效果明顯好于袋裝放置方式。
圖3、圖4中的甲醛、揮發性有機物濃度在幾天后，出現上升拐點，是由于室內溫度有較大上升，導致家具中的甲醛、揮發性有機物揮發速度比前幾天快，而活性炭的吸附凈化速度又跟不上甲醛、揮發性有機物的揮發速度，因此，出現圖中的上升拐點現象。
通過綜合效果的判斷，活性炭采用平攤放置
