甲醛

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甲醛
IUPAC名
Methanal
别名 福尔马林,福马林,福美林,蚁醛
识别
CAS号 50-00-0
SMILES
RTECS LP8925000
性质
化学式 CH2O
摩尔质量 30.03 g·mol⁻¹
外观 无色气体
密度 1 kg·m−3 (气)
熔点 -117 °C (156 K)
沸点 -19.3 °C (253.9 K)
溶解性 > 100 g/100 ml (20 °C)
结构
分子构型 平面三角形
偶极矩 2.33168(1) D
危险性
警示术语 R:R23/24/25-R34-R40-R43
安全术语 S:S1/2-S26-S36/37-S39-S45-S51
主要危害 有毒,可燃
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
3
0
 
闪点 -53 °C
相关物质
相关 乙醛苯甲醛
相关化学品
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

甲醛(分子式:CH2O)亦称蚁醛,是最简单的类,通常情况下是一种可燃、无色及有刺激性的气体

物理性质[编辑]

  • 纯甲醛为无色透明气体,有刺激性气味
  • 沸点 -19.5°C
  • 闪点 85°C
  • 自燃点 430°C
  • 密度 0.815 g/mL(液体,-20°C),1.075-1.085 g/mL(液体,37%)
  • 极易溶于,易溶于丙酮等溶液。其40%的水溶液通称福马林;水溶液中主要以偕二醇的形式存在;一般甲醛溶液中还含有少量稳定剂和甲醇以防止氧化和聚合。

制取[编辑]

工业上由甲醇的高温催化氧化制取,催化剂为金属+/氧化物混合物。发生的反应有以下两个:[1]

\rm 2 CH_3OH + O_2 \rightarrow 2 CH_2O + 2 H_2O\,
\rm CH_3OH \rightarrow CH_2O + H_2\,

化学性质[编辑]

甲醛的还原性很强,很容易被氧气等试剂氧化为甲酸,普通的甲醛中就含有ppm含量的甲酸。也可以被还原为甲醇。自身聚合生成三聚甲醛多聚甲醛

甲醛有亲电性,可以和芳烃发生亲电芳香取代反应,也可以与烯烃发生亲电加成。与乙醛发生交叉Cannizzaro反应生成季戊四醇,后者是制取炸药季戊四醇四硝酸酯的原料。[2]类以醋酸鈉作為催化劑缩合生成酚醛树脂。与4-取代酚类反应生成杯芳烃[3]硫化氢反应生成三噻烷[4]

\rm 3 CH_2O + 3 H_2S \rightarrow (CH_2S)_3 + 3 H_2O\,

甲醛也是曼尼希反应中常用的醛。空气中的甲醛气体可以通过强氧化性的高锰酸钾和其反应。

危險性[编辑]

甲醛是最常見的室內空氣污染毒物,約有三千多種不同建築物的產品均含有甲醛,主要來源為纖維板、三夾板、隔音板、保麗龍等裝潢材料。目前甲醛已被世界衛生組織確定為致癌和致畸型物質,室內濃度達0.5 mg/m^3會使人體產生流淚及眼睛異常敏感的症狀。長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、結腸癌、腦瘤、細胞核基因突變等(臺大環安衛通訊,2006)([5])

甲醛對皮膚黏膜有刺激性作用,比如咽喉和眼睛鼻腔等,造成这些位置水肿,发炎、溃烂,甚至最后导致鼻咽癌等严重病变。接觸過甲醛的皮膚可能出現過敏現象,嚴重者甚至會導致肝炎肺炎腎臟損害。

对婴幼儿的孕妇危害更加严重,可导致怀孕期间胎儿停止生长发育,心脑发育不全,严重可导致胎儿畸形和流产等严重后果。[來源請求]

因為甲醛樹脂被用於各種建築材料,包括膠合板毛毯隔熱材料、木製產品、地板煙草、裝修和裝飾材料,且因為甲醛樹脂會緩慢持續放出甲醛,因此甲醛成為常見的室內空氣污染之一。甲醛一般會從源頭慢慢釋出,新製產品在最初數月內所釋出的甲醛量最高,一段時間後,釋出的甲醛量便會漸漸降低。

甲醛若在空氣中的濃度超過 0.1 mg/m3, 會導致眼睛黏膜細胞的傷害。在體內,甲醛可能導致蛋白質不可逆的與DNA鍵結。動物實驗顯示暴露在大劑量的甲醛中會使得鼻子與喉嚨致癌的機率增加。然而在大部份的建築內甲醛含量濃度不足以產生致癌性。美国国家环境保护局將甲醛分類為可能致癌物質国际癌症研究机构(IARC)則将其分類為人類致癌物質。

2009年3月,美国安全化妆品运动组织的一份报告中指出,强生等公司的婴儿产品含有致癌物质甲醛和二恶烷。见1,4-二噁烷#强生

2010年7月31日,中华人民共和国中华全国工商业联合会家具装饰业商会举办了“对甲醛零容忍”新闻发布会,作为对中华人民共和国国家安监总局检测事件的回应。中华人民共和国国家安监总局对全国85家木质家具制造企业的检测结果显示70%以上的家具企业生产环境有毒物质浓度超标,严重影响工人的健康。发布会代表家具制造行业发表“对甲醛零容忍”宣言。[6]

空氣中甲醛濃度標準[编辑]

為改善室內空氣質素及加強公眾對這方面的關注,香港政府於2003年實施自願性的「室內空氣質素管理計劃」。這計劃採用兩個級別的室內空氣質素指標 (「卓越級」及「良好級」),作為評估樓宇室內空氣質素的基準。經參考多份文獻,包括世界衛生組織2000年發出的"Guidelines for Air Quality",得出「卓越級」甲醛含量為每立方米少於30微克(30μg/m³)(亦等同24ppbv或0.024ppm)而「良好級」指標則要求甲醛含量每立方米少於100微克(100μg/m³)(亦等同81ppbv或0.081ppm)。[7]

檢測方法[编辑]

檢測溶液內含甲醛的方法[编辑]

希夫試劑[编辑]

醛類加入希夫試劑會產生紫紅色產物,且加入硫酸後會褪色,但甲醛希夫試劑生成的紫紅色產物加硫酸後顏色不消失,故可利用此方法區分甲醛與其他醛類。

紫醛試劑[编辑]

台灣衛生署有鑒於市面上充斥不肖商人於魚類中加入甲醛,於2004年開發了一種紫醛試劑,此試劑滴入含甲醛魚類,顏色會由淡紫色轉成橘紅色,但目前成份屬於商業機密,故並不公開其組成成份。[8]

檢測空氣內含甲醛的方法[编辑]

大致可分兩種方法,主動取樣(active sampling)或被動取樣(passive sampling)。被動取樣法則依賴空氣擴散去接觸反應物或感應器。由於所得的數據可以有很大的偏差,所以只會用於篩選。主動取樣法是以氣泵把空氣抽吸到反應物或感應器。現在的測試指標通常都會指定使用主動取樣法以獲得8小時平均空氣甲醛濃度。

應用技術亦分四大類:

  1. 高效液相色譜儀 High Pressure/Performance Liquid Chromatography(HPLC) 可應用於主動及被動取樣的空氣樣本。主動取樣可依美國環保局TO-11A方法進行分析;
  2. 比色法採用基於美國試驗與材料協會(ASTM)方法D5014-94進行分析,通常使用在被動取樣空氣樣本;
  3. 氣相色譜儀 Gas Chromatograph(GC) 比較準確,但由於儀器體積龐大,未能夠於測試現場使用
  4. 光離子化檢測儀 Photo Ionization Detectors(簡稱PID)是一種氣態檢測儀,可以實時量度空氣中甲醛水平。這方法的線性範圍覆蓋至1000ppm,檢出限為0.05ppm
應用光離子化檢測技術的甲醛測量機

去除方法(家居環境)[编辑]

強力通風[编辑]

強力通風可以有效降低甲醛濃度,但只有在室外溫濕度、空氣品質及噪音可以接受的情況下才能執行,不一定能讓甲醛降至安全量,而且一旦停止通風甲醛濃度就會開始增加。

光觸媒[编辑]

把建材或含甲醛的基材表面塗噴光觸媒,光觸媒經紫外線照射後表面的氫氧離子會被電洞氧化成"氫氧自由基"而氫氧自由基會從其他的有機物(甲醛及各種揮發性有機物)搶走電子,而被搶走電子的有機物會因為失去鍵結能力而降解成為更小的分子,如二氧化碳、水。相對 甲醛去除劑,這樣的分解不會產生後續的有害有機化合物,所以可以避免二次污染。

光觸媒對於無法經常被很強的日光照射處(如櫥櫃內部),幾乎沒有效果。晚上關燈睡覺時,甲醛量可能會上升。尤幸基於室內空間容積比板材體積大得多,而甲醛釋放速度普遍不會太快,所以除極端情況外,關燈睡覺的8小時中,室內甲醛濃度通常會維持於安全水平。

甲醛清除劑[编辑]

為應對政府對甲醛污染的管制,市面上有廠商販售甲醛捕捉劑及類似產品。它們大部分是應用含有氨(胺)基之化合物;結構為R-NH2。氨(胺)基化合物和甲醛作用時的化學反應:

H2CO (甲醛)+ R-NH2(氨(胺)基化合物) → H2C=N-R + H2O

氨(胺)基之化合物雖多帶有些微的氨味,但對於甲醛的清除效率高,故在市面上廣泛流通售賣。但是隨著化學反應的耗損,必須長期重添。另外其複合而成的化合物亦可能有毒。

甲醛吸附劑[编辑]

它們多憑表面的多孔性作物理性吸附,大部分是以活性炭為主要成份。

吸附能力隨時間及吸收甲醛量而減,全天均有吸附效果,不受限於空間及光影響。 活性炭吸收程序: 物體本身釋出甲醛-->空氣中擴散及蓄積-->游移接觸到活性炭-->活性炭逐步吸收-->空氣中甲醛蓄積含量減少-->逐步減少物體本身尚未釋出甲醛總含量。

活性炭能夠減少空氣中甲醛蓄積總含量,但無法使物體本身不持續釋放甲醛。放置活性炭後,空氣中甲醛總含量增加速率會減慢。假使活性炭放得夠多,空氣中甲醛總含量甚至會減少。

任何氣味分子被活性炭吸收後是依附在活性炭表面微細孔,所以在正常有效狀況下,聞活性炭是不該有任何味道的。但使用約一段時間或6~12個月後,活性炭可能已飽和,所以應把活性炭移到無甲醛環境,約1分鐘後,如果聞活性炭發現有味道,即代表活性炭已失效,需要更新。

活性炭對於甲醛的吸附並不穩定,甚至還不如跟水分子結合得緊密。所以,如果室內空氣濕度大,水分子會比甲醛多得多,可能會把之前吸附在竹炭上的甲醛擠出,導致室內空氣甲醛總含量超標。[9]

臭氧[编辑]

有效濃度的臭氧亦有毒,但是臭氧可以在短時間內分解,在確定有一段時間沒有人畜存在、人畜進入前一段時間可以關閉的情況下,可以開啟臭氧產生器,減少甲醛累積量。

室內盆栽[编辑]

關於室內植物降低甲醛相關資料,請參考"淨化室內空氣之植物應用及管理手冊 - 行政院環境保護署"一文。 並非所有植物都具備有效降低室內VOCs(揮發性有機化合物)的能力,可參考上述資料挑選。但若考量養殖容易度及綜合降低室內VOCs能力,白鶴芋無疑為優先考量之一。

跟據Wolverton於1993年撰寫的研究報告,一棵46釐米高的白鶴芋於強光照射下可每小時降解939微克甲醛。[10]假設每日光照12小時,一棵46釐米高的白鶴芋可降解11268微克(11毫克)甲醛。

香港浸會大學於2010年發表的報告,發現植物降解甲醛效率其實並不高,每平方米葉面每小時淨化甲醛效率只是0.1毫克。[11]如果要達到1993年文獻所指的結果,該棵植物葉面總面積要達10平方米。這意味,之前的研究可能高估了植物降解甲醛效率。

如果是實用面積80平米,層高3米的居室內,甲醛濃度為每立方米0.5毫克。室內空氣即總共有120毫克甲醛。要降到安全標準(0.1毫克/立方米)就需要至少清除96毫克甲醛。即使還不考慮從裝飾材料裏新揮發出來的甲醛,如依賴一棵中形植物(葉面總面積為0.3平方米)也要工作240天。或者如果要在1星期內清除好,就需要34棵,相信並非可行方案。[12]

坊間有關去除甲醛方法的謬誤[编辑]

坊間有很多關於去除甲醛方法的存有有頗大謬誤。例如以菠蘿、洋蔥、茶葉等放於室內環境,聲稱可吸附甚至分解甲醛。這些方法最後都被證實為無稽之法。即使沒有嗅到氣味,甲醛並未消失,只是被那些香味所掩蓋。這樣,反而會令市民放下戒心,忽視通風的重要性,令室內空氣的甲醛含量更加高。

参见[编辑]

脚注[编辑]

  1. ^ G. Reuss, W. Disteldorf, A. O. Gamer, A. Hilt, “Formaldehyde” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH, 2005, Weinheim.
  2. ^ H. B. J. Schurink (1941). "Pentaerythritol". Org. Synth. 1: 425; Coll. Vol. 1. 
  3. ^ Gutsche, C. D.; Iqbal, M. (1993). "p-tert-Butylcalix[4]arene". Org. Synth.; Coll. Vol. 8: 75. 
  4. ^ Bost, R. W.; Constable, E. W. (1943). "sym-Trithiane". Org. Synth.; Coll. Vol. 2: 610. 
  5. ^ 淨化室內空氣之植物應用及管理手冊 - 行政院環境保護署
  6. ^ 搜狐家居. 全国工商联家具装饰业商会"对甲醛零容忍"新闻发布会. [2010-08-02]. 
  7. ^ 香港政府室內空氣質素資訊中心. 辦公室及公眾場所室內空氣質素檢定計劃指南. [2014-06-02]. 
  8. ^ 臺北市政府衛生局. : 生鮮水產量販業者踴躍索取紫醛試劑. 2004-4-19 (中文(台灣)‎). 
  9. ^ 史军. : 除甲醛,竹炭绿植不给力. 2011-7-28 (中文(中国大陆)‎). 
  10. ^ B.C. Wlverton and J.D. Wolverton. : Plants and soil microorganisms: Removal of formaldehyde, xylene and ammonia from the indoor environment. 1993 (英文). 
  11. ^ 植俊寧,余振輝,吴志輝,李朝康,阮華達. : 利用盆栽植物来净化室内新地板所释放甲醛的研究. 2010 (中文(中国大陆)‎). 
  12. ^ 史军. : 除甲醛,竹炭绿植不给力. 2011-7-28 (中文(中国大陆)‎). 

参考资料[编辑]