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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

社会飞速发展的同时人，人们的生活方式也因为经济与科技的进步而日新月异。但同时，由于工业生产和化石燃料燃烧等造成的环境问题也层出不穷、数不胜数，城市的户外环境质量随着经济和人口的提升逐步下降，尤其是市中心地区的空气质量着实令人堪忧。大量汽车尾气的排放令voc气体含量显著增长，严重威胁到人们的身体健康。此外室内空气污染也异军突起，逐渐到了不可忽视的地步。许多市民为了追求生活水平与生活质量的优质，装修时选择使用大量的装饰材料及添加剂，殊不知美观室内环境的同时也带来了难以预料的室内环境污染，而甲醛和氨气就是造成以上污染的主要元凶之一。甲醛因为其毒性较大，污染持续时间长，那你去除，污染源普遍，已经成为室内污染的首要污染物；人长期接触及吸入含较低浓度的甲醛的空气后，免疫力会下降，引起病理反应，剧有关统计显示至少有70%的幼儿白血病是由室内环境污染诱发^[1]，由此可见如果不对其进行处理，后果不容小觑。氨气具有刺激性臭味，主要对人的呼吸系统和皮肤造成损害。目前对于气相有机污染物的有效去除方法有植物吸收法^[2]、微生物降解法^[3]、热催化降解法^[4]、吸附法^[5]等等，而其中吸附法因其方便快捷，是最常用也是最受欢迎的污染物处理方法。常见的吸附剂例如活性炭^[6]、分子筛^[7]等也多种多样，而壳聚糖是一种绿色无害的天然高分子材料，为cu² 提供了良好的附着点，拥有可生物讲解、环境友好等优点。此次研究以壳聚糖为骨架支撑材料，将铜离子附着其中，制备了一种环境友好型的含cu² 的壳聚糖小球，并对其对于污染物甲醛气体及氨气的饱和吸附量及动态吸附过程进行了测试研究，尝试将其应用于室内空气污染物的吸附剂或指示剂，

国内外研究现状

壳聚糖中有许多氨基,可溶于ph值较低的溶液中。由于壳聚糖分子中的氨基和羟基是十分活泼的化学基团,其可以和其他试剂进行交联、接枝、酯化、醚化等反应对壳聚糖进行改性,生成具备特定效的衍生物，因此壳聚糖具有广泛的应用范围。

目前壳聚糖在环境处理方面的应用也十分普遍，例如大量研究表明其对污水中的重金属离子有很强的吸附作用^[18]，对污水中的铜、铅、锌等多种离子都具有良好的去除效果。此外还可用壳聚糖去除水中的磷^[19]。由此可见，壳聚糖在污水处理领域中应用颇多，但对气体污染物的处理方面研究较为稀少，因此我们决定测试壳聚糖对气体污染物甲醛及氨气的吸附效果。

2. 研究的基本内容

本文的主要研究内容为利用在饱和硫酸铜溶液中成型的壳聚糖小球，进行对于气体污染物甲醛及氨气的吸附实验，研究其对于甲醛气体及氨气的饱和吸附能力。

如果吸附效果优异，可进一步研究对该气体的动态吸附过程，对壳聚糖小球吸附该气体的机理及影响因素进行分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2.3分析方法

（1）扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）：SEM在材料领域广泛用作观察样品表面形貌、粒子存在形态。实验中利用扫描电镜对样品进行表征，观察壳聚糖小球的表面形貌结构。将载玻片浸泡在无水乙醇中，清洗干净后用导电胶将载玻片表面覆盖，将小球粘在导电胶上，为了提高观测效果，将样品进行喷金处理。

（2）质量法测吸附剂吸附容量：通过吸附剂实验前后质量差计算吸附比和饱和吸附量，吸附比为Q=*1000；

式中：

Q：吸附剂对于该气体的吸附比（mg/g）；

M:实验结束时吸附装置（层析柱、导管2及吸附剂）总质量（g）；

m₁：空的层析柱的质量（g）；

m₂：实验前导管2的质量（g）；

m₃：装有吸附剂的层析柱质量（g）；

2.4实验装置

如图2-1所示，实验装置主要由四部分组成，分别是气体发生装置、干燥装置、吸附装置、尾气处理装置。

图2-1 实验装置示意图

（1）气体发生装置包括水浴锅、梨形烧瓶及导管1。当进行试验时水浴加热会促使梨形烧瓶内的氨水或甲醛溶液大量挥发出实验所需氨气或甲醛气体；

（2）干燥装置为U型干燥管。在干燥氨气时内置干燥剂为碱石灰及变色硅胶；在干燥甲醛气体时内置干燥剂为氯化钙及变色硅胶；

（3）吸附装置包括层析柱与导管2。进行试验时将吸附剂置于层析柱底端沙晶板上，上部则连接尾气处理；

（4）尾气处理装置为玻璃瓶及导管3，将导管通入玻璃瓶滴，封紧瓶口。在处理氨气时玻璃瓶内装入适量稀硫酸；在处理甲醛气体时玻璃瓶内装入蒸馏水。

实验方法

2.5.1吸附剂的制备

四种壳聚糖溶液配比如下：

（1）1.0*（0.05mg/m3）：称取3.750g壳聚糖粉末，加入50ml水，搅拌均匀；同时称取0.950g乙酸溶于25ml水中，将其缓慢加入壳聚糖溶液边加边搅拌。持续搅拌至溶液均匀澄清，脱泡后密封保存；

（2）1.2*（0.06mg/m3）：称取4.500g壳聚糖粉末，加入50ml水，搅拌均匀；同时称取1.140g乙酸溶于25ml水中，将其缓慢加入壳聚糖溶液边加边搅拌。持续搅拌至溶液均匀澄清，脱泡后密封保存；

（3）1.5*（0.075mg/m3）：称取5.625g壳聚糖粉末，加入50ml水，搅拌均匀；同时称取1.425g乙酸溶于25ml水中，将其缓慢加入壳聚糖溶液边加边搅拌。持续搅拌至溶液均匀澄清，脱泡后密封保存；

（4）1.8*（0.09mg/m3）：称取6.750g壳聚糖粉末，加入50ml水，搅拌均匀；同时称取1.710g乙酸溶于25ml水中，将其缓慢加入壳聚糖溶液边加边搅拌。持续搅拌至溶液均匀澄清，脱泡后密封保存。

四种不同浓度壳聚糖溶液制备充足后，分别将所得四种溶液依次缓慢滴入50℃水浴中的饱和硫酸铜溶液，即可得四种不同浓度的壳聚糖小球，密封于硫酸铜溶液中保存。

表2-2 壳聚糖小球性质比较

浓度倍数	壳聚糖溶液浓度（mg/m3）	小球密度（g/ml）	小球含水率
1.0*	0.05	1.403	73.19%
1.2*	0.06	1.198	71.18%
1.5*	0.075	0.968	69.06%
1.8*	0.09	0.740	64.66%

2.5.2吸附量的测定

（1）首先分别称量空的层析柱与导管2的质量m₁与m₂并记录；

（2）将约8-10g的吸附剂置于层析柱中，抽干表面水分，记录此时层析柱质量m₃，即可得吸附剂的准确用量；

（3）搭建好实验装置，连接各实验仪器，取适量的气体发生溶液（氨水/甲醛溶液）倒入气体发生装置的梨形烧瓶中，将其置于水浴锅中升温促进气体挥发；

（4）一段时间后，小球平衡吸附后终止实验，称量此时层析柱及导管2的总质量M并记录。

注意事项：实验结束时称量层析柱 导管总质量M是为了防止吸附过程中小球内水分析出造成误差。此时水会流入U型结构的导管2内避免流失。

2.6数据处理

测得上面所需的所有数据后，按下列公式计算吸附比：

Q=*1000

式中：

Q：吸附剂对于该气体的吸附比（mg/g）；

M:实验结束时吸附装置（层析柱、导管2及吸附剂）总质量（g）；

m₁：空的层析柱的质量（g）；

m₂：实验前导管2的质量（g）；

m₃：装有吸附剂的层析柱质量（g）；

4. 参考文献

[1]international agency for research on cancer.formaldehyde,2-butoxyethanol and 1-tert-butoxypropan-2-ol[m]. lyon:world health organization,2006.

[2]耿孝恒，刘鑫．５种绿色植物对甲酵的吸收能力模拟试验研究［Ｊ］.安全与环境工程，2012，19：23-25.

[3]齐瑞颖，刘俊杰.微生物降解室内甲酸污染物的理论与实验研究[d].天津：天津大学．2008．