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新型碳纤维织布——清除甲醛的好帮手

甲醛,是室内空气中最常见的有毒污染物之一。 在环境条件下,它是一种易燃且无色气体,具有辛辣的独特气味。尽管植物,动物和人类天然会产生少量甲醛,但其主要来源是人为的。美国1997年消费品安全报告列出其室内或室外浓度为0.03 ppm的水平。 它通过燃烧、工业生产或作为家具和建筑材料中的树脂使用被引入大气。其最常见的来源是压制木材和刨花板。根据其毒性,甲醛被归类为已知的人类致癌物。目前关于甲醛在活性炭上吸附的报道很少。由于甲醛的弱吸附力和极性,需要具有小孔和亲水表面的碳。然而,后者导致甲醛必须与水竞争吸附位点。因此,需要增强其在碳上的吸附能力。



近日,来自纽约市立学院的研究团队研发了新一代高表面积和弹性碳纤维织物作为甲醛吸附剂。尽管最初的纺织品含有必须来源于纤维源的一些硫和氮,但样品进一步用含氮或含硫前驱体进行热处理。选择这些化合物以引入更多种类的表面基团,这些表面基团不仅可以通过物理吸附力吸引甲醛,而且可能有助于其分解、反应。以织物形式的室内吸附剂相比于活性炭的颗粒或粉末更加有利。该成果发表于《ACS Applied Materials &Interfaces》。

制备过程

通过用尿素(U),硫脲(T),双氰胺(D)或青霉素G(P)浸渍改性高度多孔的碳纺织品(CC),然后在800℃下热处理。这导致将各种构型的氮或氮和硫杂原子并入碳表面。

性能结果


图1 在干燥(A)和潮湿(B)条件下测量HCHO穿透曲线

图2 HCHO饱和容量对测试纺织品的比较

所有化学改性的碳纤维纺织品与HCHO相比未修饰的对应物(CC和CCHT)具有更好的吸附性能。


图3 干燥条件下初始样品和废弃样品的结构参数比较:A:BET表面积; B:微孔体积; C:孔径小于0.7纳米

孔隙的数量,特别是超微孔的数量也受到了不同程度的影响。HCHO吸附后,除CC-D以外的所有废吸附剂表现出表面积和孔隙度的降低。 有趣的是,虽然CC-D的吸附能力很高,但CC-D的孔隙率没有变化。该变化可能由其化学吸附/聚合以及由此保留在表面上富含杂原子相上引起。

因此,通过该方法进行的改性显著改善了吸附性能。吸附能力的增强不仅与小孔中甲醛的物理吸附有关,而且与其与表面上存在的磺基和胺的反应性有关。结果表明,S-和N-改性纺织品可以作为室内甲醛去除的有效介质。


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