随着人们健康环保意识增强，室内空气品质备受关注。甲醛（CH2O）是现代办公、汽车及家居室内重要气体污染物之一，其来源主要是装饰装修材料、建筑材料及家居用品中的粘合剂、油漆、消毒剂等。作为公认的原浆强毒性物质，甲醛能与氨基酸结合，使蛋白质变性，同时与空气中离子性氯化物反应生成致癌物质——二氯甲基醚。世界卫生组织将甲醛确认为致畸形或致癌物质，长期低剂量接触甲醛可出现记忆力减退、嗜睡等神经衰弱症状，同时对呼吸系统、神经系统、肝脏、免疫系统等产生毒害。
活性炭降解甲醛技术因活性炭制备过程简单，不造成二次污染等优势，成为目前日常生活中最常用的甲醛降解材料。然而，活性炭表面呈惰性对极性的甲醛气体吸附速度慢，平衡吸附量低，不能有效发挥活性炭的功效，限制了活性炭在甲醛降解方面的应用。研究表明，活性炭负载过渡金属及其氧化物（如锰、钛、钒、铁等），可以改变活性炭表面结构，提高甲醛降解性能，但会导致活性炭制备成本增加。钢渣作为炼钢过程主要副产物，产量约占粗钢产量12%～15%，不仅含有Fe，Mn，Ti等过渡金属元素而且还含具有一定潜在胶凝活性的硅酸盐、铝酸盐及铁铝酸盐等矿物。以废弃生物质为炭源，钢渣为活性填料，复合制备降解甲醛材料不仅解决了资源浪费、活性炭制备成本高、吸附性能差等问题，而且实现了农业固体废弃物和工业固体废弃物的高附加值利用，有效配置了社会资源。
本研究采用磷酸活化法，以廉价的生物质废弃物——木屑为炭源，钢渣为活性填料，复合制备具有优良降解甲醛性能的活性炭。研究了钢渣掺量、活化温度、浸渍比对复合活性炭降解甲醛性能的影响。
制备过程中，磷酸可以在钢渣/木屑复合活性炭热处理过程中形成偏磷酸、多聚磷酸等造孔物质，改善多孔结构。钢渣优先包裹在大孔结构中，占据一部分大孔孔容，导致中孔率增加；随着掺量进一步增加，钢渣开始占据中孔结构、微孔结构。本实验条件下，当钢渣掺量为25%时，产生的微孔比表面最大，此时甲醛降解性能最优，同时，钢渣中含有具有磁性的FexOy和催化性能的MnO，也会起到一定吸附降解与催化降解作用，提高降解甲醛性能。
活化温度较低时，物料与活化剂的活化热解不充分，只能形成少量微孔，随着温度升高，物料与活化剂之间反应加剧，生成大量的磷酸酯键，促使活性炭内部形成大量高质量孔隙，大量中孔和微孔的产生，有利于甲醛分子进入孔结构中，被吸附降解。本实验条件下，温度450 ℃时，制备的复合活性炭具有最优甲醛降解性能。
图1钢渣/木屑复合活性炭降解甲醛机理示意图
磷酸活化法制备活性炭过程中，浸渍比是影响活性炭孔隙结构的重要因素，随着浸渍比增加，活性炭比表面积和孔容积逐渐增大，首先微孔得到显著发展，然后中孔不断生成。然而，浸渍比过大大，含磷化合物占据的孔隙容积越大，会导致一部分微孔结构被破坏，这反而对甲醛这种小分子吸附质的吸附效果不利。本实验条件下，浸渍比1.5时，复合活性炭具有最优甲醛降解性能。
对制备的复合活性炭样本进行结构表征，发现炭表面粗糙、孔径大小不一，形成了以微孔为主的多孔结构，为降解甲醛可以提供更多的吸附位点。能谱分析结果表明复合活性炭中以C，O元素为主，同时含有丰富的Ca，Si，Fe元素，含量分别为6.57%，5.69%，5.88%，说明钢渣较好地被包裹在活性炭的多孔结构中，钢渣/木屑复合制备活性炭用于降解甲醛能起到较好地协同作用。
14011002000166号