室内空气净化植物的研究与利用
室内空气净化植物的研究与利用
提纲
1 居室内空气的主要污染物及其来源
2 室内空气净化的物理、化学措施及其局限性
3 室内空气净化植物的研究与利用现状
4 空气污染的植物检测研究与利用
5 应用与发展前景
随着我国经济的高速发展, 城市中的人们越来越崇尚居室环境的舒适化、高档化。但目前市场上的各种装饰材料都会释放出一些有害气体, 即使是符合国家有关标准的装饰材料, 在一定空间中也会造成有害气体超标的情况, 同时装修过于复杂化也是造成室内空气污染的重要原因。甲醛、苯等有毒气体是装修后室内空气污染的主要来源, 具有持续释放的特性, 是危害人体健康的长期隐患。因此, 室内空气污染的严重性值得引起人们的高度重视和密切关注。
利用环保型植物吸收室内装修带来的气体, 是当今研究的热点之一。有研究表明, 如在室内每10m2放置一盆净化植物, 就能吸收二氧化碳、一氧化碳、甲醛、苯等有害气体, 有利于身体健康。有些植物如仙人掌、仙人球、令箭荷花、兰花, 在夜间还会吸收二氧化碳, 在净化室内空气时, 有制造氧气、杀菌的效果。实际上许多绿色植物都能有效地降低空气中的化学污染物质并将其转化为自身的养分。可见, 环保型植物在净化室内空气污染方面有着广阔的应用前景。
1 居室内空气的主要污染物及其来源
1.1 甲醛
甲醛是室内空气的主要化学污染物之一, 也是污染最严重、最普遍的室内污染物。甲醛是一种挥发性有机化合物, 具有强烈的刺激性, 对人体健康影响主要表现在刺激眼睛和呼吸道, 造成肺功能、肝功能、免疫功能异常。国外报道, 其质量浓度在0.12mg·m-3以上时儿童易发生气喘。甲醛已被国际癌症研究机构确定为可疑致癌物。室内甲醛主要来源于建筑和装饰材料, 如脲醛树脂、三聚氰甲醛、酚醛树脂等多种黏合剂; 生活日用化学产品, 如化妆品、清洁剂、杀虫剂和消毒剂等; 燃料和烟草的不完全燃烧。目前,室内装饰的主体材料是胶合板、刨花板等人造材料, 生产这些板材用到的胶黏剂含有甲醛, 部分残留甲醛会逐渐释放,据有关部门实地检测,室内甲醛浓度平均超标2-5 倍。
1.2 苯、甲苯和二甲苯
苯己被国际癌症研究机构确认为有毒致癌物质。吸入或经皮肤吸收一定量会引起中毒, 严重时会对人体造血系统、神经系统造成损伤。甲苯和二甲苯均为无色透明液体, 有毒, 对皮肤和黏膜刺激性大, 对神经系统损伤比苯强, 长期接触有引起膀胱癌的可能。装修过程大量使用的化工原材料, 如油漆涂料及其添加剂和稀释剂、胶黏剂、防水剂、溶剂等都含有苯、甲苯和二甲苯之类有机化合物,装修后持续缓慢释放到室内, 装修1年后, 室内芳香烃类化合物的质量浓度才降到WHO推荐的0.05 mg·m-3标准。
1.3 氨
氨是一种无色、但具有强烈刺激性臭味的气体。氨气可以麻痹呼吸道纤毛并损害黏膜上皮组织, 使病原微生物易于侵入, 减弱人体对疾病的抵抗力。氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液, 与血红蛋白结合, 破坏红细胞的运氧功能。室内中的氨主要来自建筑施工中使用的混凝土外加剂、室内装饰材料中的添加剂和增白剂。
1.4甲苯二异氰酸酯
TDI是具有强烈刺激性气体的有机化合物。对皮肤、眼睛和呼吸道有强烈刺激作用, 长期接触或吸入高浓度的TDI 蒸气可引起支气管炎、过敏性哮喘、肺炎、肺水肿。室内TDI主要来源于室内装饰装修材料、床垫和沙发中的聚氨酯泡沫以及聚氨酯弹性地板材等。
1.5其他挥发性有机化合物
挥发性有机化合物对人体影响主要是刺激眼睛和呼吸道, 皮肤过敏, 使人体产生头痛、咽喉痛、乏力等症状。其他挥发性有机化合物主要来自室内装饰材料、日用化工产品、燃料等。
1.6重金属元素
铅、镉、铬、汞、砷等是常见的有毒污染物,其可溶物对人体有明显危害。皮肤长期接触铬化合物可引起接触性皮炎或湿疹。过量的铅、镉、汞、砷对人体神经、内脏系统造成危害, 特别是对儿童生长发育和智力发育影响较大。重金属元素主要来自家具、内墙涂料和壁纸等, 室外来源的由燃煤燃油及化工生产排放的颗粒进入室内也会带来重金属污染。
1.7 放射性污染
放射性危害分为两种, 一种是体内辐射, 是由进入人体的放射性核素引起, 可造成辐射损伤, 诱发疾病, 如氡。室内氡主要来源于建筑物的地基土壤、花岗岩等建材和地下水等。另一种是体外辐射, 是指人体在受到外界环境中的辐射源直接照射后产生的生物学效果, 可能对人体的造血系统、神经系统、生殖系统和消化系统等造成损伤, 如铀238、镭226、钾40、钍232。这些放射性物质主要来源于建筑物中的天然石材和建筑陶瓷等。
2室内空气净化的物理、化学措施及其局限性
2.1 活性碳
以活性炭为吸附材料( 包括活性炭为材料制成的布、苫等) , 将室内环境中的污染物吸附在吸附材料上, 以达到去除污染物的目的。活性炭最大的好处是没有毒副作用, 没有二次污染, 但是这种净化吸附材料到一定的时间会饱和, 必须更换材料;一般可以使用3~ 6 个月, 经常拿出来在太阳下曝晒, 可以一定程度上恢复活性, 增加使用时间。
2.2 催化剂
采用光催化原理, 在吸附材料上涂上一些催化剂, 利用催化剂的表面活泼性和降低反应的活化能原理将一些在常温情况下无法分解的污染物分解以达到净化的目的; 效果较好, 但需要光照, 而且会使墙面或家具变色。
2.3负离子发生器
通过气体放电产生大量的负离子, 这些负离子一方面对人体健康有
直接的有益作用, 另一方面负离子可以与室内环境中的污染物发生作用, 使污染物浓度降低。
2.4臭氧发生器
以消毒灭菌为主的臭氧发生器, 广泛应用于卫生间除臭、餐具消毒、衣柜防霉、防蛀、家庭贮存果蔬的保鲜等。但是, 由于臭氧的强氧化作用, 过高的臭氧浓度可对人体产生危害。
3室内空气净化植物的研究与利用现状
有关园林植物对空气的净化作用, 近几年较系统的研究多集中在园林植物对大气污染的净化方面。绿色植物对室内空气中的某些污染物具有良好的净化功能, 亦已为试验和实践所证实。美国航天局( NASA) 的BCWolverion他于上世纪80年代初系统地开展了相关植物吸收净化室内空气的研究,他用了几年的时间,测试了几十种不同绿色植物对几十种化学物质的吸收能力。研究结果表明,在24h照明的条件下, 芦荟去除了1m3空气中的90%的甲醛, 90%的苯在常青藤中消失, 龙舌兰可吞食70%的苯、50%的甲醛和24%的三氯乙烯,垂挂兰能吞食96%的一氧化碳、86%的甲醛。他比较了3 种观赏植物清除甲醛的能力, 显示中斑吊兰在6h内每cm2的叶片吸收2.27μg的甲醛,其次是合果芋，绿萝较差。我国国内的研究起步较晚, 且试验多集中在植物清除甲醛能力方面。李庆君等对7种观赏植物吸收甲醛能力测定结果为海芋> 绿萝> 虎皮兰> 绿宝石> 佛肚竹> 肉桂, 且2年生的虎尾兰吸收甲醛的能力强于5年生的虎尾兰。
近几年, 北京中科中环环境应用技术研究中心研究小组对一些花草
植物进行了大量的考察和研究, 表明确有部分花草植物置于室内, 有利于室内污染的净化吸收, 降低室内污染浓度。中国室内环境监测工作委员会与北京市玉泉营花卉市场合作, 开展了利用植物净化室内环境有害物质的课题研究, 结果发现目前市场上销售的常见花卉大部分对甲醛、苯、氨气等室内空气有害物质有净化效果; 他们经过测试和评价, 按照每m2叶面24 h 净化污染物质量计算。
至于植物对室内气体污染物的去除机制, 这方面的研究报道较少。威廉做了大量的试验, 证实绿色植物吸入化学物质的能力, 大部分来自于盆栽土壤中的微生物, 与植物同时生长于土壤里的微生物在经历了代代遗传繁殖后, 其吸收化学物质的能力还会加强。同时盆栽植物土壤中的水分, 对于甲醛类的有害物质同样具有良好吸收作用。北京中科中环环境应用技术研究中心也认为, 植物净化室内空气, 根茎作用不可低估。他们把两盆同类植物, 一盆去掉大部分花叶, 另一盆则保留大量的花叶, 分别放置在两个相同的环境中测试, 发现两者对污染物的消除降解相差不大，而同样两盆花叶基本一致的植物, 将其中一盆中的大部土壤取出, 大部分根茎也去除, 进行对比测试,则结果两者相差达30% ~ 40%。赵玉峰认绿色植物对室内空气中某些有害物质所具有的净化作用主要取决于植物的根部与土壤中的微生物和水分, 而叶子具有一定的净化作用, 但不是主体。黄爱葵等研究了几种盆栽植物对苯的吸收情况, 认为爱玉合果芋对苯的吸收率和吸收速率均较高, 与其气孔密度有直接联系, 其气孔密度高达158·mm-2, 而同是天南星科的黄金葛气孔密度低( 63·mm-3) , 吸收
速率仅为爱玉合果芋的一半左右。另有报道植物吸收有害气体与气孔导度相关。从目前的研究结果似乎可看出, 观赏植物对甲醛的吸收与根部和栽培基质关系更密切, 而对苯的吸收与叶片结构和功能有关，总之对于净化机制的研究目前还很不成熟。
4空气污染的植物检测研究与利用现状
植物监测是一种既经济、方便, 又可靠、准确的方法。实践证明, 长期生长在污染环境中的抗性生物, 能够忠实地记录污染的全过程, 能够反映污染物的历史变迁, 提供环境变迁的证据。如SO2要达( 1~ 5) × 10-6时人才能闻到味道。( 1~ 2) × 10-5时才引起咳嗽流泪, 然而对紫花苜蓿SO2体积分数只要超过3 × 10 -7, 接触一定时期就会产生受害症状。贴梗海棠在5 × 10-7的臭氧下暴露0.5 h 就会有伤害反应, 有些植物对氟更繁感, 只要10-10体积分数就可引起伤害症状。
香石竹、番茄在浓度( 0. 5~ 10) × 10-7的乙烯下几小时, 花瓣就发生异常现象。又如, 香石竹、大丽花、小苍兰、凤仙草、矮牵牛、板春花在10-8的PAN ( 过氧化酰基硝酸酯) 下, 经6 h 幼叶背面出现古铜色, 叶片向下弯曲。紫苑、秋海棠、美人蕉、矢车菊、彩叶草、三色葺在10-6CO2下经6 h 就发生急性症状—叶片呈暗绿色水渍状斑点, 干后呈灰白色。当氯气体积分数为10-4时, 百日草、蔷薇、郁金香、秋海棠经2h叶脉间出现白色班点或黄褐色班点。
对CO2敏感的植物有: 紫花苜蓿、芝麻、蚕豆、雪松、苹果、杜仲; 对氟化物敏感的植物有: 唐菖蒲、金荞麦、葡萄、杏、玉米;对氟气敏
感的植物有: 紫藤、小叶女贞、杜仲; 对臭氧敏感的植物有: 烟草、菠菜、燕麦。总之, 目前有关大气污染的植物检测研究报道较多。至于室内空气污染的植物监测研究, 目前仍少见报道。
5应用与发展前景
绿色植物兼具美化和控制室内空气污染的双重功能, 对于改善目前城市中人们的生活环境质量有着不可替代的作用。当前在了解其净化室内空气功能的同时, 还应结合其他控制措施, 以达到事半功倍的效果。有些绿色植物在室内生长对人体健康不利, 因此在选择植物时, 要讲究科学, 采用对人体健康有益的植物。
目前在绿色植物应用于室内空气净化的研究刚起步, 还很不成熟。主要问题有以下几个方面:一是对有关植物净化室内空气能力的研究还不够系统。
二是没有深入研究植物净化室内空气的机制, 三是如何克服植物吸收室内空气污染物后的衰退和吸收能力下降问题。四是怎样把植物的观赏性与其净化室内空气的功能性结合起来考虑的问题。相信随着人们对室内环境重要性认识的加强, 植物净化室内空气污染的研究将更为系统和深入, 绿色植物在净化居室和办公场所方面将大有作为。