全 文 ：第 9 卷 第 6 期 环 境 工 程 学 报 Vol ． 9，No ． 6
2 0 1 5 年 6 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Jun ． 2 0 1 5
改性莴笋叶渣净化空气中甲醛
陈 莉1 徐国聪1 荆佩欣1 耿梦梦1 段莎莎1 崔清清1 周 丽2
(1．运城学院生命科学系，运城 044000;2．山西运城市康杰中学，运城 044000)
摘 要 通过对莴笋叶 2 种处理吸附甲醛，得出简便高效的碱热烫处理，并采用二次正交旋转回归组合对其优化，得
出煮沸时间 25 min、水浴温度 80℃、水浴时间 2. 5 h，莴笋叶渣对甲醛吸附率可达 37. 05%，实测值 36. 4%，二者吻合。通过
与活性炭、硅藻纯吸附效果比较，优化处理莴笋叶渣与硅藻纯吸附效果相当，均优于活性炭。电镜观测知优化莴笋叶渣与
活性炭、硅藻纯均具粗糙、皱褶、疏松结构，傅里叶红外光谱分析出— C C—基团在甲醛吸附中起主要作用。
关键词 甲醛 碱热烫 莴笋叶 扫描电镜 傅里叶红外光谱
中图分类号 X701 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2015)06-2941-06
Indoor purification of formaldehyde by optimized lettuce leaf
Chen Li1 Xu Guocong1 Jing Peixin1 Geng Mengmeng1 Duan Shasha1 Cui Qingqing1 Zhou Li2
(1． Department of Life Science，Yuncheng University，Yuncheng 044000，China;2． Kangjie High School，Yuncheng 044000，China)
Abstract The most convenient and efficient method is alkali blanching in the study on comparisons of ad-
sorption capacity of formaldehyde by lettuce leaf treated with two different means． Under conditions of boiling
time of 25 min，water bath temperature of 80℃，water bath time of 2． 5 h，the adsorption rate of formaldehyde
by lettuce leaf reached 37． 05% through further optimization binding the quadratic regression orthogonal rotation
combination，the measured value was 36． 4% ． Compared with activated carbon，diatom plain and lettuce leaf
adsorption effect，the optimized lettuce leaf and diatom plain had equivalent adsorption capacity，both of them
were better than activated carbon． The optimized lettuce leaf，activated carbon and diatom plain altogether shared
a common structure which was characterized with rough，winkle and loose by SEM． The group called C = C is
identified as the mainly functional element in adsorption activity by the FTIＲ analysis．
Key words formaldehyde;lettuce leaf;alkali blanching;SEM;FTIＲ
基金项目:山西省教育厅科技创新项目(2013154) ;运城学院院级产
学研项目(CY-2013004)
收稿日期:2014 － 04 － 22;修订日期:2014 － 06 － 17
作者简介:陈莉(1980—) ，女，讲师，主要研究方向:生物技术、生态
环境。E-mail:clsshine@ 163． com
甲醛又称蚁醛［1］，是最简单、最常见的醛类物
质，分子式为 HCHO［2］，易溶于水、乙醇、乙醚等有
机溶剂［3］，甲醛是有毒物质，与蛋白质结合，能使蛋
白质变性，吸入高浓度甲醛后，呼吸道会受到严重的
刺激产生水肿、眼刺痛、头痛［4］。甲醛在 2004 年被
LAＲC提升为一级致癌物，在我国有毒化学品优先
控制的名单上居于第 2 位。室内甲醛主要来自于室
内装修材料、油漆、购买的新家具、吸烟、厨房烹调油
烟、可燃物的燃烧等［5，6］。据统计，装修后 1 ～ 6 个
月内，甲醛超标率:居室内达 80%，会议室和办公室
内接近 100%;装修 3 年后，超标率都在 50% 以
上［7］。有资料表明，甲醛释放期长达 13 年之久［8］。
目前，国内除去甲醛的方法有化学法，光触媒分
解法，吸附法。化学法采用的是喷剂等药物，化学产
品有氧化性、腐蚀性，容易对器皿造成损害，也会对
操作人员和居住人员造成损伤。光触媒中的催化剂
在光的刺激下，与空气中的氧气与水分生成负离子
和氢氧自由基，能氧化并分解空气中的甲醛，但光触
媒使用操作较复杂，一般由专门服务公司提供使用，
代价较大。吸附法多采用活性炭、竹炭、硅藻纯。活
性炭对甲醛的吸收，虽然操作简单，但吸附效率较
低，需定期更换，吸附可逆、易产生二次污染［9］。硅
藻纯制作成本昂贵［10］，且吸附机理还不明了。空气
净化器通过释放臭氧将甲醛氧化为二氧化碳和水，
但臭氧本身是空气污染物，净化效果低，且对环境的
湿度和温度有很强的要求［11］。此外，有研究［12，13］
指出，植物对甲醛有持续净化作用，但植物吸附甲醛
速度缓慢，另外，甲醛对植物有不同程度的伤害。
环 境 工 程 学 报 第 9 卷
针对以上问题，本实验以经过处理的莴笋叶渣
为生物吸附剂，采用二次回归正交旋转组合设计对
甲醛吸附率进行系统研究，并进行 SEM 镜检和 FT-
IＲ分析，为莴笋叶渣的应用提供理论基础。下一步
可使处理莴笋叶渣与其余净化技术联合吸附甲醛增
加效果。如:可在空气净化器中加一层莴笋叶渣吸
附剂，可以增强除甲醛的能力，或用 NaSO3 对莴笋
叶渣进行改性增强吸附力。本实验研究的莴笋叶渣
具有操作简单、廉价、自然环保等特点，并实现废弃
物资源化，变废为宝，对实现经济可持续发展和保护
环境有重要意义，具广阔应用前景。
1 材料与方法
1. 1 材料、试剂与仪器
莴笋叶收集于运城学院食堂;蒸馏水自制;氢氧
化钠、过氧化氢、无水乙醇均为分析纯。
BGFM-06 甲保御 24 h家用甲醛监测仪，测量范
围:0 ～ 3. 00 mg /m3，分辨率 0. 01 mg /m3，精度 ±
5%;S-4800 扫描电镜 日本日立公司;TENSOＲ 27
傅里叶红外光谱仪 德国 布鲁克(Bruker)公司。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 莴笋叶渣的制取
(a)在胡萝卜渣中膳食纤维提取工艺研究［12］研
究的基础上，进一步改进实验流程如下:取 50 g 干
燥粉碎的莴笋叶蒸煮 30 min，漂洗至中性，分别置于
不同温度(40，50，60，70，80℃)pH = 12 的 NaOH 溶
液中水浴 30 min，再漂洗至中性，置 80℃恒温干燥 5
h，粉碎，备用。
(b)在改性莴笋叶吸附剂对六价铬的吸附研究
基础上［13］进一步改进流程如下:取洗净并干燥粉碎
的莴笋叶 50 g，置无水乙醇和冰醋酸混合液浸泡 2 h
(3∶ 1，3. 5∶ 1，4∶ 1，4. 5∶ 1，5∶ 1) ，漂洗至中性，放 80℃
恒温干燥 5 h，粉碎备用。
1. 2. 2 甲醛的测试
实验选择密闭的实验箱模拟甲醛污染的室内环
境。将 36%甲醛溶液稀释 30 倍，在培养皿(直径 95
mm，高度 15 mm，面积 70. 8 cm2)中滴加 3 mL 置实
验箱中，1 min后拿出培养皿，当其挥发浓度平衡为
2. 0 ～ 2. 5 mg /m3 时，放入 3 g材料，测定环境中甲醛
浓度随时间的变化，从而得到莴笋叶渣吸附甲醛的
能力。
另外，与上述测试甲醛方法相同，但取出甲醛溶
液后，不放入渣子，测定甲醛浓度随时间的变化，即
可得到密闭箱的空白泄露率。
1. 3 分析方法
在单因素实验结果的基础上，对影响甲醛吸附
的关键因素进行优化，求出多因素系统中各影响因
素的最佳组合条件。如表 1 所示。
表 1 3 因素水平表
Table 1 Three factors level table
水平编码值 A煮沸时间(min) C水浴时间(h) B水浴温度(℃)
－ 1. 682 5 0. 5 40
－ 1 10 1 50
0 15 1. 5 60
1 20 2 70
1. 682 25 2. 5 80
莴笋叶渣对甲醛吸附率的测定:
吸附率 =(C0 － C)/C0 × 100% － C1
式中:C0 为实验箱中甲醛的初始浓度(mg /m
3) ;C
为实验箱中莴笋叶渣吸附后的平衡浓度(mg /m3) ;
C1 为实验密闭箱的空白泄漏率(mg /m
3) ;每种处理
方法进行 3 次实验取平均值;本实验计算的均为材
料吸附 30 min的吸附率。
1. 4 莴笋叶渣与活性碳、硅藻纯吸附能力的对比
分别称取等量 3 g优化莴笋叶渣、活性碳、硅藻
纯，将 36%甲醛溶液稀释 30 倍，在培养皿(直径 95
mm，高度 15 mm，面积 70. 8 cm2)中滴加 3 mL 置实
验箱中，1 min后拿出培养皿，当其挥发浓度平衡为
2. 0 ～ 2. 5 mg /m3 时，各加入 3 g材料，均匀平铺在同
规格培养皿中，计算吸附率。
2 实验结果与讨论
2. 1 3 种处理吸附效果对比
2. 1. 1 碱热烫处理中水浴温度对吸附效果的影响
从不同水浴温度对吸附率的影响(图 1:F =
108. 928，p = 0. 0001 ＜ p = 0. 01;上标字母为 1%显著
水平上字母标记结果，不同字母标记说明达到显著
差异，字母相同则未达到，下同)可知，不同水浴温
度处理下的莴笋叶渣对甲醛吸附率均存在极显著差
异且随着水浴温度增高，甲醛吸附率增大。
2. 1. 2 醋酸处理中乙醇/醋酸体积比对吸附效果的影响
从不同乙醇 /醋酸体积比对吸附率的影响(图
2:F = 73. 013，p = 0. 0001 ＜ p = 0. 01)可知不同乙醇 /
醋酸体积比对甲醛吸附率的影响均达到显著差异。
且在乙醇 /醋酸体积比为 3. 5 /1 时存在最大吸附
率 18. 9%。
2492
第 6 期 陈 莉等:改性莴笋叶渣净化空气中甲醛
图 1 不同水浴温度制得的莴笋叶渣对吸附效果的影响
Fig. 1 Effects of lettuce leaf residue produced at different
water bath temperatures on adsorption
图 2 不同无水乙醇与醋酸比例制得的
莴笋叶渣对吸附效果的影响
Fig. 2 Effects of lettuce leaf residue produced at
different ratios of HAC and ET on adsorption
2. 1. 3 不同处理方式对甲醛吸附效果的影响
由以上结果分析可得出，不同处理方式处理得
到莴笋叶渣中，吸附率依次为碱热烫处理 ＞醋酸无
水乙醇处理，则采用碱热烫对废弃莴笋叶处理，并通
过二次正交旋转回归实验设计对其进行优化。
2. 2 模型的建立与检验
回归关系的显著性检验:由第一方差分析表
(见表 2)可知，X1，X2，X3，X
2
3 在 1%水平上达极显
著，X2X3 在 5%水平上达较显著。其他项在不同程
度上也有一定的显著性。
利用 DPS 数据处理系统对实验结果进行分析得到
煮沸时间(X1)、水浴时间(X2)、水浴温度(X3)、吸
附率(Y)的数学模型回归方程:
Y = 29. 02205 + 0. 98585X1 + 0. 93858X2 +
3. 11330X3 － 0. 21225X
2
1 + 0. 1059X
2
2 － 0. 91935X
2
3 －
0. 1875X1 X2 + 0. 1375X1X3 + 0. 7625X2X3
表 2 一次方差分析表
Table 2 Linear equation analytical table
变异来源 平方和 自由度 均方 F值 p值
X1 13. 2731 1 13. 2731 15. 7174 0. 0016
X2 12. 0309 1 12. 0309 14. 2464 0. 0023
X3 132. 371 1 132. 371 156. 748 0. 0001
X21 0. 7158 1 0. 7158 0. 8476 0. 374
X22 0. 1784 1 0. 1784 0. 2112 0. 6534
X23 13. 4298 1 13. 4298 15. 903 0. 0015
X1X2 0. 2812 1 0. 2812 0. 333 0. 5737
X1X3 0. 1512 1 0. 1512 0. 1791 0. 6791
X2X3 4. 6512 1 4. 6512 5. 5078 0. 0354
回归 177. 067 9 19. 6742 F = 23. 29 0. 0001
剩余 10. 9783 13 0. 8445
失拟 7. 5983 5 1. 5197 F = 3. 59 0. 0291
误差 3. 38 8 0. 4225
总和 188. 046 22
在显著水平为 0. 1 的条件下，通过方差分析求
出莴笋渣吸附拟合的模型 F失拟 = 3. 59 ＜ F0. 05(5，8) =
3. 69 表明未知因素对实验结果影响很小，可以忽
略;F回归 = 23. 29 ＞ F0. 01(9，13) = 4. 19 达到极显著水
平，说明模型成立。预测值和实际吻合较好，故以此
模型进行预报具有较高的可行性。
剔除回归方程中不显著因素，简化回归方程为:
Y = 29. 02205 + 0. 98585X1 + 0. 93858X2 +
3. 11330X3 － 0. 91935X
2
3 + 0. 76250X2X3
2. 3 两因子互作效应
水浴时间和水浴温度对吸附率的影响(其他因
子为零水平) ，见图 3。
水浴温度不变，随着时间的增加，莴笋叶渣对甲
醛的吸附率增加;水浴时间不变，莴笋叶渣对甲醛的
吸附率随水浴温度的增加呈缓慢上升趋势，且在水
图 3 水浴时间与水浴温度对吸附效果的影响
Fig. 3 Effects of water bath time and temperature
on adsorption effect
3492
环 境 工 程 学 报 第 9 卷
浴时间为 2. 5 h，水浴温度为 80℃时，最大吸附率
为 36. 4%。
2. 4 优化分析与验证
采用 DPS 软件对实验数据进行分析，得出当 Y
值为最大值(Max)时，3 个因素的水平取在点
(1. 682、1. 682、1. 682) ，即煮沸时间 25 min，水浴温
度 80℃、水浴时间 2. 5 h。此时，预测值 Ymax 为
37. 05%。在此条件下，通过验证得出吸附率为
36. 4%，实际值 /模型最佳值 = 0. 98，接近于 1，说明
此最佳模型是可靠的。
2. 5 与活性炭、硅藻纯吸附效果比较
将同质量(3 g)活性炭、硅藻纯、优化莴笋叶渣
在同条件下进行甲醛吸附。其中，颗粒状活性炭粒
度 20 mm，比表面积 1 200 m2 /g，比重:2. 2 ～ 2. 5 g /
cm;硅藻纯比表面积 65 m2 /g，松散密度 0. 3 ～ 0. 5
g /cm3，成分为硅藻土，电气石等天然矿物质。
由图 4 可知，在一定时间内，莴笋叶渣对甲醛的
吸附效果优于活性炭、但莴笋叶渣对甲醛的吸附率
整体上均高于活性炭、硅藻纯。
图 4 各材料对甲醛吸附效果的比较
Fig. 4 Comparison of different materials to formaldehyde
adsorption effect
由莴笋叶渣与活性炭、硅藻纯的吸附能力的对
比(图 4:F种类 = 25. 339，p = 0. 0001 ＜ p = 0. 01;
F时间 = 34. 133，p = 0. 0001 ＜ p = 0. 01)可知，不同吸
附时间和不同材料对甲醛吸附效果的影响均达显著
差异，吸附时间较短时，莴笋叶渣的吸附率高于活性
炭，但略低于硅藻纯;吸附时间较长时莴笋叶渣的吸
附优势更加明显，不仅高于活性炭，而且高于硅藻纯。
2. 6 扫描电镜观察
由图 5(a)、(b)可知，处理前的莴笋叶渣电镜
图表面有明显的白色斑点，且没有明显的皱褶和卷
曲出现，通过碱烫化后白色斑点变淡，这是因为莴笋
叶中的果胶、糖类、等物质被除去，剩下纤维素等成
分。且表面出现大量的褶皱，使莴笋叶渣更为疏松。
经处理的莴笋叶渣微孔打开，表面结构粗糙、疏松多
孔，具有较高的比表面积，这种表面结构有利于吸附
过程的进行，可以有效地吸附甲醛。
2. 7 红外光谱分析
莴笋叶渣的红外光谱图如图 6 所示。其中图标
1 是原始莴笋叶渣，2 为最优莴笋叶渣吸附前，3 为
最优莴笋叶渣吸附后。由图可知:3 种红外吸收图
谱对比有部分地方发生明显改变，对于原始莴笋叶
渣的红外波谱:其中 3 412 cm －1左右的宽峰吸收的
是 O—H的伸缩振动，2 927 cm －1左右的吸收峰是饱
和的—CH3 和—CH2 的伸缩振动，2 350 cm
－1左右
的吸收高峰是 C C 的伸缩振动，1 600 cm －1左右
的强振动峰吸收和波数为 1 000 ～ 1 300 cm 左右的
峰吸收，是—COO—伸缩振动。
对比吸附前后的图谱可知—OH 的吸收峰振动
减弱，而 C C的吸收峰蓝移，在 1 600 cm －1左右吸
收 段 发 生 了 明 显 的 变 化，—COOCH3 变 化
为—COO—。
图 5 扫描电镜图
Fig. 5 Scanning electron microscopy
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第 6 期 陈 莉等:改性莴笋叶渣净化空气中甲醛
对比吸附前和原始莴笋叶渣可知—OH 的吸
收峰又出现，而在 C C 的吸收峰透光率明显减
弱，说明该处发生明显改变;在 1 500 cm －1左右吸
收段发生明显的变化，1 495 cm 处的的吸收峰变
钝，说明使用吸附剂有明显变化。
图 6 傅里叶红外光谱图
Fig. 6 Fourier infra-red spectrogram
3 结 论
(1)通过 2 种优化处理莴笋叶渣吸附甲醛能
力的比较，可得出碱热烫提取处理得到的莴笋叶渣
的吸附效率最高。采用二次正交旋转组合设计 3
个关键因素:煮沸时间(X1)、水浴时间(X2)、水浴
温度(X3)。利用 DPS 数据处理系统对其分析得吸
附率(Y)数学模型回归方程为:
Y = 29. 02205 + 0. 98585X1 + 0. 93858X2 +
3. 11330X3 － 0. 21225X
2
1 + 0. 1059X
2
2 － 0. 91935X
2
3 －
0. 1875X1X2 + 0. 1375X1X3 + 0. 7625X2X3
(2)根据二次回归正交旋转组合设计得:当 Y
值为最大值(Max)时，3 个关键因素煮沸时间、水
浴时间、水浴温度取在点(1. 682、1. 682、1. 682) ，
即浓度煮沸时间 25 min、水浴时间 2. 5 h、水浴温度
80℃。此时，预测的吸附率 YMax为 37. 05%，实测吸
附率为 36. 4%。
(3)莴笋叶渣对甲醛的吸附效果在实验范围
内显著优于活性炭，与硅藻纯吸附率相当。
(4)据 SEM可知莴笋叶具有粗糙、疏松多孔结
构，具有强大的吸附能力;由 FTIＲ图可知 C C在
吸附甲醛过程中起主要作用，在碱热烫处理过程
中，—OH 含量增加并对甲醛吸附率产生一定
影响。
莴笋叶渣对居室中的甲醛具较高吸附性能及
去除效果，且利用莴笋叶渣吸附居室甲醛提高了废
弃莴笋叶利用价值，一经研制成功，将是一种无残
留、无毒副作用、安全无污染、清洁环保的新型绿色
生物吸附材料。
参 考 文 献
［1］董春欣 . 改性活性炭吸附室内甲醛影响因素研究 . 长
春:东北师范大学硕士学位论文，2008
Dong Chunxin. Ｒesearching of influencing factors in ad-
sorbing indoor formaldehyde with modify activated carbon.
Changchun:Master Dissertation of Northeast Normal Uni-
versity，2008 (in Chinese)
［2］王淑勤，樊学娟 . 改性活性炭治理室内空气中甲醛的
实验研究 . 环境科学与技术，2006，29(8) :39-40
Wang Shuqin，Fan Xuejuan. Treatment of formaldehyde
from indoor air by modified activated carbon. Environ-
mental Science ＆ Technology，2006，29(8) :39-40(in
Chinese)
［3］郭良． 植物对室内空气甲醛净化效果的研究 . 南昌:
南昌大学硕士学位论文，2009
Guo Liang. Study on the effect of plants on removing
formaldehyde form indoor air. Nanchang:Master Disser-
tation of Nanchang University，2009(in Chinese)
［4］张亚辉，周超，李妍，等 . 连二亚硫酸钠还原制备纳
米银粉 . 矿冶工程，2012，32(4) :113-117
Zhang Yahui，Zhou Chao，Li Yan，et al. Preparation of
silver nanoparticles using sodium dithionite as reducing a-
gent. Mining and Metallurgical Engineering，2012，32
(4) :113-117(in Chinese)
［5］缑祖新 . 甲醛免疫毒性的研究综述 . 河南教育学院学
报(自然科学版) ，2009，18(2) :32-37
Gou Zuxin. Study of immunotoxicity of formaldehyde in
review. Journal of Henan Institute of Education (Natural
Science) ，2009，18(2) :32-37(in Chinese)
［6］杨玉花，袭著革，晁福寰 . 甲醛污染与人体健康研究
进展 . 解放军预防医学志，2005，23(1) :68-71
Yang Yuhua，Xi Zhuge，Chao Fuhuan. The progress of
research on formaldehyde pollution and human health.
Journal of Preventive Medicine of Chinese People’s Liber-
ation Army，2005，23(1) :68-71(in Chinese)
［7］田世爱，于自强，张宏 . 室内甲醛污染状况调查及防
治措施 . 洁净与空调技术，2005，14(1) :41-44
Tian Shiai，Yu Ziqiang，Zhang Hong. Investigation and
prevention of indoor formaldehyde pollution. Contamina-
tion Control ＆ Air-Conditioning Technology，2005，14
(1) :41-44(in Chinese)
［8］黄伟，贾艳秋，孙盛凯 . 活性炭及其改性研究进展 .
化学工业与工程技术，2006，27(5) :39-44
Huang Wei，Jia Yanqiu，Sun Shengkai. Ｒesearch ad-
vance of active carbon and its modification. Journal of
5492
环 境 工 程 学 报 第 9 卷
Chemical Industry ＆ Engineering，2006，27(5) :33-44
(in Chinese)
［9］刘伟伟，姚志良 . 室内甲醛污染及其净化技术研究进
展 . 广州化工，2012，40(19) :8-10
Liu Weiwei，Yao Zhiliang. Ｒeview on the study of interior
formaldehyde pollution technic. Guangzhou Chemical In-
dustry，2012，40(19) :8-10(in Chinese)
［10］俞成林 . 硅藻土基纳米二氧化钛的制备及其用于降
解甲醛的研究 . 天津:天津大学硕士学位论文，2007
Yu Chenglin. The study on preparation of nanosized TiO2
immobilized to diatomite particles and degradation pro-
gress of formaldehyde. Tianjin:Master Dissertation of
Tianjin University，2007(in Chinese)
［11］汪耀珠，唐明德，易义珍，等 . 低浓度臭氧净化空气
中甲醛效果的实验性研究 . 实用预防医学，2002，9
(1) :28-29
Wang Yaozhu，Tang Mingde，Yi Yizhen，et al. Experi-
mental study of purification effect of low concentration o-
zone on indoor formaldehyde pollution. Practical Preven-
tion Medicine，2002，9(1) :28-29(in Chinese)
［12］邵焕霞 . 胡萝卜渣中膳食纤维提取工艺研究 . 食品
与发酵科技，2009，45(4) :55-58
Shao Huanxia. Study on the extraction technology of car-
rot pomace dietary fiber. Food and Fermentation Tech-
nology，2009，45(4) :55-58(in Chinese)
［13］胡巧开，余中山 . 改性香蕉皮吸附剂对六价铬的吸
附 . 工业用水与废水，2012，43(5) :67-70
Hu Qiaokai，Yu Zhongshan. Adsorption of Cr(Ⅵ)by
modified banana peel. Industrial Water ＆ Wastewater，
2012，43(5) :67-70(in Chinese)
6492