174 工程科学学报，第42卷，第2期 真空干燥箱进行活化240min后，利用煅烧温度为 表1钢渣种类对生态活性炭降解甲醛性能的影响 250℃的实验炉焙烧15min,获得生态活性炭 Table 1 Effect of steel slag types on the formaldehyde degradation 1.3性能测试与表征 performance of ecological activated carbon 降解甲醛性能测试根据《室内装饰装修材料 钢渣种类 钢渣粉磨时间/钢渣超微粉用量/10h后甲醛降解率/ min 0 人造板及其制品中甲醛释放限量》(GB18580一 2017),采用环境测试舱法进行测试61m,即取0.5mg 一 34.6 热闷渣！ 90 20 41.2 甲醛标准溶液滴加在培养皿上，将其放入环境测 热闷渣Ⅱ 90 20 43.9 试舱，使其充分挥发，即环境测试舱中的甲醛气体 电炉渣 90 20 57.5 质量浓度为0.5mgm3;将40g生态活性炭分散于 风淬渣 90 20 50.4 直径150mm的培养皿中，且将培养皿放入环境测 试舱底部：设定环境测试舱中温度23±1℃，相对 炭，其降解甲醛性能大幅提高，即10h后甲醛降解 湿度45%士5%，空气交换率每小时0吐0.02次和表面 率为41.2%~57.5%，其中以电炉渣改性生物质材 空气流速(0.1~0.3)ms,每1h采样一次，共10h. 料制备生态活性炭的降解甲醛性能最优，而以热 采用美国赛默飞世尔科技公司ARLAdvant'X 闷渣I与热闷渣Ⅱ改性生物质材料制备生态活性 IntellipowerTW3600型扫描型X-射线荧光光谱仪 炭的降解甲醛性能较差.说明一方面利用钢渣改 对钢渣超微粉的化学成分进行测试.采用德国 性生物质材料制备生态活性炭，可以显著提高活 Bruker公司D8 ADVANCE型X射线衍射对钢渣超 性炭的降解甲醛性能；另一方面不同钢渣化学成 微粉的矿物组成进行测试.采用珠海欧美克仪器 分的差异，对生态活性炭的降解甲醛性能会有重 有限公司LS-POP(9)型激光粒度仪对钢渣超微粉 要影响， 的粒径分布进行测试.采用美国赛默飞世尔科技 表2为钢渣的化学成分，可以看出热闷渣I、 有限公司Nicolet iS10型傅立叶变换红外光谱仪对 热闷渣Ⅱ、电炉渣和风淬渣的主要化学成分为 钢渣超微粉的结构组成进行测试，采用美国 CaO、Fe2O3、SiO2、Mg0、MnO、Al2O3、P2O5、TiO2 Micromeritics Instrument Corporation TriStarlI 和Cr2O3,其中电炉渣中Fe2O3与Mn0含量高，有 3020型全自动比表面和孔隙分析仪对生态活性炭 利于提高生态活性炭降解甲醛的性能，这是因为 的孔结构进行测试.采用美国FEI公司NANO 具有磁性的Fe元素可以提高活性炭对甲醛的吸 SEM430型场发射扫描电子显微镜对生态活性炭 附能力，促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中 的微观形貌进行测试 形成富集，有利于Mn元素对富集的甲醛进行催化 2结果与讨论 降解，从而实现吸附降解与催化降解的协同作 用，提高生态活性炭的降解甲醛性能.图1为钢渣 2.1钢渣种类对生态活性炭性能的影响 超微粉的X射线衍射图，可以看出热闷渣I、热闷 钢渣分别为热闷渣I、热闷渣Ⅱ、电炉渣和风 渣Ⅱ、电炉渣和风淬渣的主要物相组成为Ca2SiO4、 淬渣，钢渣粉磨时间为90min,钢渣超微粉用量为 CaSiO5、Ca2 Fe2SiO5、CaCO3、Ca(OH)2、MgO、 20g制备生态活性炭，其降解甲醛性能见表1 RO和CaO,其中热闷渣I、热闷渣Ⅱ、电炉渣和风 从表1可以看出，未利用钢渣改性生物质材料 淬渣中包含Fe元素的Ca,Fe,SiO,含量均较高，电 制备的活性炭，其降解甲醛性能低，即10h后甲醛 炉渣中包含Fe元素、Mn元素的RO含量最高，从 降解率仅为34.6%；分别利用热闷渣1、热闷渣Ⅱ、 而进一步说明Fe元素与Mn元素的协同作用可以 电炉渣和风淬渣改性生物质材料制备的生态活性 提高生态活性炭的降解甲醛性能. 表2 钢渣的化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of steel slag % 钢渣种类 Cao Fe2O3 SiOz Mgo MnO Al203 P2Os TiO Cr203 其他 热闷渣I 49.52 24.48 12.96 3.43 2.12 2.85 2.24 1.25 0.17 0.98 热闷渣Ⅱ 43.88 25.87 14.35 3.59 3.44 2.97 2.39 1.49 0.86 1.16 电炉渣 36.27 39.44 10.89 3.11 3.21 4.28 1.03 0.46 0.73 0.58 风淬渣 46.75 28.04 10.71 2.86 3.48 2.93 2.43 1.62 0.32 0.86真空干燥箱进行活化 240 min 后，利用煅烧温度为 250 ℃ 的实验炉焙烧 15 min，获得生态活性炭. 1.3    性能测试与表征 降解甲醛性能测试根据《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》（GB18580— 2017），采用环境测试舱法进行测试[16−17] ，即取 0.5 mg 甲醛标准溶液滴加在培养皿上，将其放入环境测 试舱，使其充分挥发，即环境测试舱中的甲醛气体 质量浓度为 0.5 mg·m−3 ；将 40 g 生态活性炭分散于 直径 150 mm 的培养皿中，且将培养皿放入环境测 试舱底部；设定环境测试舱中温度 23±1 ℃，相对 湿度 45%±5%，空气交换率每小时 0±0.02 次和表面 空气流速（0.1～0.3） m·s−1 ，每 1 h 采样一次，共 10 h. 采用美国赛默飞世尔科技公司 ARLAdvant’X IntellipowerTW3600 型扫描型 X-射线荧光光谱仪 对钢渣超微粉的化学成分进行测试. 采用德国 Bruker 公司 D8ADVANCE 型 X 射线衍射对钢渣超 微粉的矿物组成进行测试. 采用珠海欧美克仪器 有限公司 LS-POP(9) 型激光粒度仪对钢渣超微粉 的粒径分布进行测试. 采用美国赛默飞世尔科技 有限公司 Nicolet iS10 型傅立叶变换红外光谱仪对 钢渣超微粉的结构组成进行测试 . 采用美 国 Micromeritics  Instrument  Corporation 公 司 TriStarII 3020 型全自动比表面和孔隙分析仪对生态活性炭 的孔结构进行测试 . 采用美 国 FEI 公 司 NANO SEM430 型场发射扫描电子显微镜对生态活性炭 的微观形貌进行测试. 2    结果与讨论 2.1    钢渣种类对生态活性炭性能的影响 钢渣分别为热闷渣 I、热闷渣 II、电炉渣和风 淬渣，钢渣粉磨时间为 90 min，钢渣超微粉用量为 20 g 制备生态活性炭，其降解甲醛性能见表 1. 从表 1 可以看出，未利用钢渣改性生物质材料 制备的活性炭，其降解甲醛性能低，即 10 h 后甲醛 降解率仅为 34.6%；分别利用热闷渣 I、热闷渣 II、 电炉渣和风淬渣改性生物质材料制备的生态活性 炭，其降解甲醛性能大幅提高，即 10 h 后甲醛降解 率为 41.2%～57.5%，其中以电炉渣改性生物质材 料制备生态活性炭的降解甲醛性能最优，而以热 闷渣 I 与热闷渣 II 改性生物质材料制备生态活性 炭的降解甲醛性能较差. 说明一方面利用钢渣改 性生物质材料制备生态活性炭，可以显著提高活 性炭的降解甲醛性能；另一方面不同钢渣化学成 分的差异，对生态活性炭的降解甲醛性能会有重 要影响. 表 2 为钢渣的化学成分，可以看出热闷渣 I、 热闷渣 II、电炉渣和风淬渣的主要化学成分为 CaO、Fe2O3、SiO2、MgO、MnO、Al2O3、P2O5、TiO2 和 Cr2O3，其中电炉渣中 Fe2O3 与 MnO 含量高，有 利于提高生态活性炭降解甲醛的性能，这是因为 具有磁性的 Fe 元素可以提高活性炭对甲醛的吸 附能力[18] ，促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中 形成富集，有利于 Mn 元素对富集的甲醛进行催化 降解[19] ，从而实现吸附降解与催化降解的协同作 用，提高生态活性炭的降解甲醛性能. 图 1 为钢渣 超微粉的 X 射线衍射图，可以看出热闷渣 I、热闷 渣 II、电炉渣和风淬渣的主要物相组成为 Ca2SiO4、 Ca3SiO5、 Ca2Fe2SiO5、 CaCO3、 Ca(OH)2、 MgO、 RO 和 CaO，其中热闷渣 I、热闷渣 II、电炉渣和风 淬渣中包含 Fe 元素的 Ca2Fe2SiO5 含量均较高，电 炉渣中包含 Fe 元素、Mn 元素的 RO 含量最高，从 而进一步说明 Fe 元素与 Mn 元素的协同作用可以 提高生态活性炭的降解甲醛性能. 表 1    钢渣种类对生态活性炭降解甲醛性能的影响 Table 1    Effect of steel slag types on the formaldehyde degradation performance of ecological activated carbon 钢渣种类 钢渣粉磨时间/ min 钢渣超微粉用量/ g 10 h后甲醛降解率/ % — — — 34.6 热闷渣I 90 20 41.2 热闷渣II 90 20 43.9 电炉渣 90 20 57.5 风淬渣 90 20 50.4 表 2 钢渣的化学成分（质量分数） Table 2  Chemical composition of steel slag % 钢渣种类 CaO Fe2O3 SiO2 MgO MnO Al2O3 P2O5 TiO2 Cr2O3 其他 热闷渣I 49.52 24.48 12.96 3.43 2.12 2.85 2.24 1.25 0.17 0.98 热闷渣II 43.88 25.87 14.35 3.59 3.44 2.97 2.39 1.49 0.86 1.16 电炉渣 36.27 39.44 10.89 3.11 3.21 4.28 1.03 0.46 0.73 0.58 风淬渣 46.75 28.04 10.71 2.86 3.48 2.93 2.43 1.62 0.32 0.86 · 174 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期