甲醛

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甲醛
IUPAC名
Methanal
別名 福爾馬林,福馬林,福美林,蟻醛
識別
CAS號 50-00-0
SMILES
RTECS LP8925000
性質
化學式 CH2O
摩爾質量 30.03 g·mol⁻¹
外觀 無色氣體
密度 1 kg·m−3 (氣)
熔點 -117 °C (156 K)
沸點 -19.3 °C (253.9 K)
溶解性 > 100 g/100 ml (20 °C)
結構
分子構型 平面三角形
偶極矩 2.33168(1) D
危險性
警示術語 R:R23/24/25-R34-R40-R43
安全術語 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
 
閃點 -53 °C
相關物質
相關 乙醛苯甲醛
相關化學品
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

甲醛(分子式:CH2O)亦稱蟻醛,是最簡單的類,通常情況下是一種可燃、無色及有刺激性的氣體

物理性質[編輯]

  • 純甲醛為無色透明氣體,有刺激性氣味
  • 沸點 -19.5°C
  • 閃點 85°C
  • 自燃點 430°C
  • 密度 0.815 g/mL(液體,-20°C),1.075-1.085 g/mL(液體,37%)
  • 極易溶於,易溶於丙酮等溶液。其40%的水溶液通稱福馬林;水溶液中主要以偕二醇的形式存在;一般甲醛溶液中還含有少量穩定劑和甲醇以防止氧化和聚合。

製取[編輯]

工業上由甲醇的高溫催化氧化製取,催化劑為金屬+/氧化物混合物。發生的反應有以下兩個:[1]

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

化學性質[編輯]

甲醛的還原性很強,很容易被氧氣等試劑氧化為甲酸,普通的甲醛中就含有ppm含量的甲酸。也可以被還原為甲醇。自身聚合生成三聚甲醛多聚甲醛

甲醛有親電性,可以和芳烴發生親電芳香取代反應,也可以與烯烴發生親電加成。與乙醛發生交叉Cannizzaro反應生成季戊四醇,後者是製取炸藥季戊四醇四硝酸酯的原料。[2]類以醋酸鈉作為催化劑縮合生成酚醛樹脂。與4-取代酚類反應生成杯芳烴[3]硫化氫反應生成三噻烷[4]

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

甲醛也是曼尼希反應中常用的醛。空氣中的甲醛氣體可以通過強氧化性的高錳酸鉀和其反應。

危險性[編輯]

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,造成這些位置水腫,發炎、潰爛,甚至最後導致鼻咽癌等嚴重病變。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。

對嬰幼兒的孕婦危害更加嚴重,可導致懷孕期間胎兒停止生長發育,心腦發育不全,嚴重可導致胎兒畸形和流產等嚴重後果。[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。美國國家環境保護局將甲醛分類為可能致癌物質國際癌症研究機構(IARC)則將其分類為人類致癌物質。

2009年3月,美國安全化妝品運動組織的一份報告中指出,強生等公司的嬰兒產品含有致癌物質甲醛和二惡烷。見1,4-二噁烷#強生

2010年7月31日,中華人民共和國中華全國工商業聯合會傢具裝飾業商會舉辦了「對甲醛零容忍」新聞發布會,作為對中華人民共和國國家安監總局檢測事件的回應。中華人民共和國國家安監總局對全國85家木質傢具製造企業的檢測結果顯示70%以上的傢具企業生產環境有毒物質濃度超標,嚴重影響工人的健康。發布會代表傢具製造行業發表「對甲醛零容忍」宣言。[6]

空氣中甲醛濃度標準[編輯]

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[編輯]

檢測溶液內含甲醛的方法[編輯]

希夫試劑[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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)[編輯]

強力通風[編輯]

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[編輯]

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。

藉著對二氧化鈦的奈米化處理,新一代的光觸媒(例如醫療級光觸媒)不再依賴紫外線,即使在室內燈光下依然可分解甲醛。但同時,市面上亦有部份商品標榜不需要光照就能夠分解甲醛,取名為「電觸媒」,「空氣觸媒」或「室溫觸媒」,此類不良銷售手法普遍為業界所唾棄。

甲醛清除劑[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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。

參見[編輯]

腳註[編輯]

  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. 全國工商聯傢具裝飾業商會"對甲醛零容忍"新聞發布會. [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. ^ 史軍. : 除甲醛,竹炭綠植不給力. 2011-7-28 (中文(中國大陸)‎). 
  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,吳志輝,李朝康,阮華達. : 利用盆栽植物來淨化室內新地板所釋放甲醛的研究. 2010 (中文(中國大陸)‎). 
  12. ^ 史軍. : 除甲醛,竹炭綠植不給力. 2011-7-28 (中文(中國大陸)‎). 

參考資料[編輯]