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甲醛

甲醛
IUPAC名
Methanal
别名 福尔马林、福美林、蚁醛
识别
CAS号 50-00-0  ✓
PubChem 712
ChemSpider 692
SMILES
InChI
InChIKey WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYAT
Beilstein 1209228
Gmelin 445
3DMet B00018
UN编号 2209
EINECS 200-001-8
ChEBI 16842
RTECS LP8925000
DrugBank DB03843
KEGG D00017
MeSH Formaldehyde
IUPHAR配体 4196
性质
化学式 CH2O
摩尔质量 30.03 g·mol⁻¹
外观 无色气体
密度 1 kg·m−3(气)
熔点 -117 °C(156 K
沸点 -19.3 °C(253.9 K)
溶解性 > 100 g/100 ml(20 °C)
结构
分子构型 平面三角形
偶极矩 2.33168 (1) D
危险性
警示术语 R:R23/24/25-R34-R40-R43
安全术语 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
 
闪点 -53°C
相关物质
相关 乙醛苯甲醛
相关化学品
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

甲醛(英语:Formaldehyde),化学式HCHO,质量30.03,又称蚁醛,天然存在的有机化合物无色的刺激性气体,对人眼、鼻等有刺激作用。体积百分比40%的甲醛水溶液称100%福尔马林(Formalin)。气体相对密度1.067(空气=1),液体密度0.815g/cm³(-20℃)。它主要用于生产工业树脂,例如刨花板和涂料。1996年甲醛的每年生产量为约870万吨。

2011年美国国家毒理学计划描述甲醛为“已知人类致癌物”。

物理性质

一瓶甲醛水溶液(福尔马林)
  • 纯甲醛为无色透明气体,具有强烈刺激性
  • 沸点 -19.5°C
  • 闪点64°C
  • 自燃点430°C
  • 密度0.815 g/mL(液体,-20°C),1.075-1.085 g/mL(液体,37%)
  • 极易溶于,易溶于丙酮等溶液。其40%的水溶液通称福尔马林;水溶液中主要以偕二醇的形式存在;一般甲醛溶液中还含有少量稳定剂和甲醇以防止氧化和聚合。

甲醛的多种形式

与许多简单的碳化合物相比,甲醛更为复杂,由于它有几种不同形式。作为气体甲醛具有特殊的刺激性气味,无色的气体。冷凝时气体转换为各种其它形式的甲醛(具有不同的化学式),更有实用价值。一个重要的衍生物是甲醛环状三聚物或1,3,5-三恶烷,它是一种有氯仿样气味的白色固体,化学式(CH2O)3。还有一种直链聚合物所谓的多聚甲醛。这些化合物具有相似的化学性质,并且通常可以互换。

当甲醛溶解在水中也形成水合物水甲醛(Methanediol),化学式H2C(OH)2。一个饱和水溶液约含40%(体积)或37%(质量)的甲醛,被称为“100%福尔马林”。通常添加少量的稳定剂如甲醇,以抑制氧化和聚合,一个典型的商业级福尔马林含10-12%的甲醇。

自然界中产生甲醛

在高层大气过程中贡献环境中总甲醛的90%。甲醛是在甲烷以及其它碳化合物氧化(或燃烧)的中间体,例如在森林火灾,汽车尾气和烟草烟雾。通过阳光和氧气的大气作用,在大气中产生的甲烷和其他碳氢化合物,成为烟雾的一部分。甲醛也已在外层空间检测到。

在活生物体中甲醛和它的加合物无处不在。它是由内源性氨基酸代谢形成的,并且在人类和其他灵长类动物的血液中以约0.1毫摩尔浓度存在。因为它由阳光或由存在于土壤或水中的细菌在几个小时内被分解,所以甲醛不会在环境中积累。人类会快速代谢微量甲醛,在体内将其转换为甲酸,因此在代谢过程中的少量甲醛,能避免蓄积在体内导致健康问题。

制取

三夹板(胶合板)装修建材中含有大量甲醛,是一大室内来源

历史

甲醛最早是在1859年由俄罗斯化学家亚历山大布特列罗夫(1828年至1886年)提出报告,奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼在1869年得出结论鉴定。

工业制造

1953年瑞典FORMOX公司甲醛工艺技术及催化剂Formox过程中(Formox process)。 由甲醇经高温250-400°C催化氧化制取,催化剂为金属+/氧化物混合物。发生的反应有以下两个:

银基催化剂通常工作在较高的温度下(约650℃)。这两个脱氢化学反应均产生甲醛。

原则上可通过甲烷的氧化来产生的甲醛,但是这条路线是不适于工业生产,因为甲醇比甲烷更容易氧化。

化学性质

甲醛的还原性很强,很容易被氧气等试剂氧化为甲酸,普通的甲醛中就含有ppm含量的甲酸。也可以被还原为甲醇。自身聚合生成三聚甲醛多聚甲醛

甲醛有亲电性,可以和芳烃发生亲电芳香取代反应,也可以与烯烃发生亲电加成。与乙醛发生交叉Cannizzaro反应生成季戊四醇,后者是制取炸药季戊四醇四硝酸酯的原料。与类以醋酸钠作为催化剂缩合生成酚醛树脂。与4-取代酚类反应生成杯芳烃。与硫化氢反应生成三噻烷:

甲醛也是曼尼希反应中常用的醛。空气中的甲醛气体可以通过强氧化性的高锰酸钾和其反应。

用途

工业应用

甲醛是一种更复杂化合物和材料的常见前体。由甲醛生成的产品包括脲甲醛树脂,三聚氰胺树脂,酚醛树脂,聚甲醛塑料,1,4-丁二醇,和亚甲基二苯基氰酸酯。纺织工业用甲醛的树脂作为整烫使布料防皱。甲醛是汽车制造的关键材料,用于制造传输系统,电气系统,发动机缸体,门板,车轴和制动蹄片组件。2003年销售的甲醛和衍生产品的价值超过$1,450亿。是美国和加拿大国内生产总值(GDP)的约1.2%,包括间接就业超过4万人在约11,900工厂的甲醛行业工作。

当用苯酚,脲或三聚氰胺处理,甲醛会产生硬的热固性塑料酚甲醛树脂,脲醛树脂和三聚氰胺树脂。这些聚合物是胶合板和地毯常见的永久粘合剂。它也用于湿强度树脂,加到卫生纸制品如搽面纸,餐巾纸,和卷毛巾。它们还可发泡作出绝缘性,或铸造成模制品。甲醛树脂的产量占甲醛消费量的一半以上。

甲醛也是多官能醇如季戊四醇的前体,这是用于制造油漆和炸药。其他甲醛衍生物包括二苯基甲烷二异氰酸酯,在聚氨酯涂料和泡沫剂的一个重要组成部分,和乙基六胺,这是使用在苯酚–甲醛树脂以及黑索今炸药。

消毒和杀菌灭藻

因为它可以杀死大多数细菌和真菌(包括其孢子)甲醛的水溶液可以作为消毒剂使用。甲醛溶液用于局部施用药物以使皮肤干燥,例如治疗。许多水族养殖爱好者使用甲醛处理寄生虫淡水性白点虫病。海水白点虫则对甲醛有抗性。

甲醛于产制类毒素疫苗时用于灭活该细菌。它也于疫苗生产过程中用来杀死不需要的病毒和细菌以免污染疫苗。尿路感染也常使用甲醛的衍生物(乌洛托品)来治疗,它可以防止滥用抗生素和产生耐药性细菌。在酸性环境中乌洛托品在肾脏转化为甲醛,然后在尿道中行成抗菌作用。一些外用药膏化妆品和个人卫生产品中含有甲醛的衍生物作为防止潜在有害细菌的生长。

组织标本固定液及防腐剂

用福尔马林注射,保存一个巨型乌贼标本。

甲醛保存或固定组织或细胞。经由的蛋白质伯氨基NH2-与CH2-连接。在室温下以每小时约一毫米,4%甲醛的溶液固定病理组织标本。甲醛型溶液也可用于防腐消毒和暂时保存人类和动物的遗骸。

福尔马林(英语:Formalin),是甲醛含量为35%至40%(一般是37%)的水溶液,也加入10%~15%的甲醇防止聚合。具有防腐、固定尸体、消毒和漂白的功能,不同领域各有其作用,具有刺鼻的气味。

危险性

甲醛是最常见的室内空气污染毒物,约有三千多种不同建筑材料均含有甲醛[来源请求],主要来源为纤维板三夹板隔音板保丽龙装潢材料。目前甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸型物质,室内浓度达0.5 mg/m3会使人体产生流泪及眼睛异常敏感的症状。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、细胞核基因突变等。

甲醛对皮肤黏膜有刺激性作用,比如咽喉和眼睛鼻腔等,造成这些位置水肿,发炎、溃烂,甚至最后导致鼻咽癌等严重病变。接触过甲醛的皮肤可能出现过敏现象,严重者甚至会导致肝炎肺炎肾脏损害。

对婴幼儿的孕妇危害更加严重,可导致怀孕期间胎儿停止生长发育,心脑发育不全,严重可导致胎儿畸形和流产等严重后果。[来源请求]孕期甲醛暴露可能会增加自然流产的发生风险。

因为甲醛树脂被用于各种建筑材料,包括胶合板毛毯、隔热材料、木制产品、地板烟草装修和装饰材料,且因为甲醛树脂会缓慢持续放出甲醛,因此甲醛成为常见的室内空气污染来源之一。甲醛一般会从源头慢慢释出,新制产品在最初数月内所释出的甲醛量最高,一段时间后,释出的甲醛量便会渐渐降低。

甲醛若在空气中的浓度超过0.1 mg/m3,会导致眼睛黏膜细胞的伤害。在体内,甲醛可能导致蛋白质不可逆的与DNA键结。动物实验显示暴露在大剂量的甲醛中会使得鼻子与喉咙致癌的几率增加。然而在大部分的建筑内甲醛含量浓度不足以产生致癌性。美国国家环境保护局将甲醛分类为可能致癌物质国际癌症研究机构(IARC)则将其分类为人类致癌物质。

2009年3月,美国安全化妆品运动组织的一份报告中指出,强生等公司的婴儿产品含有致癌物质甲醛和二恶烷。(见1,4-二𫫇烷#强生。)

2010年7月31日,中华人民共和国中华全国工商业联合会家具装饰业商会举办了“对甲醛零容忍”新闻发布会,作为对中华人民共和国国家安监总局检测事件的回应。中华人民共和国国家安监总局对全国85家木质家具制造企业的检测结果显示70%以上的家具企业生产环境有毒物质浓度超标,严重影响工人的健康。发布会代表家具制造行业发表“对甲醛零容忍”宣言。

急性和短期接触甲醛后对人体气道的影响(ZRIVER 摘自WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Selected Pollutants.):

研究 甲醛浓度(mg / m 3) 主题 时间(分钟) 健康影响
Falk et al.(78) 0.13 8有鼻塞 120 鼻塞患者鼻腔粘膜肿胀
Lang et al.(79) 0.3–0.5 21健康 240 眼睛的主观感觉刺激;眨眼频率增加;对鼻腔流动和阻力,峰值流量或眼睛发红没有影响;对肺功能无影响(PEF,FEV,MMEF)
Casset et al.(80) 0.13–0.41 19只尘螨哮喘患者 30 口服预暴露甲醛后对肺功能(PEF,FEV 1)无影响;暴露后Der p 1后肺功能(PEF,FEV 1)可能降低
Wantke et al.(81) 0.5 27名医学生 70天 PEF没有显着下降;4名学生(一名吸烟者)可能是IgE致敏的;没有特异性甲醛IgG抗体的意义;IgE和症状之间没有相关性
Ezratty et al.(82) 0.5 12草花粉哮喘 60 对肺功能无影响(FVC和FEV)
Krakowiak et al.(83) 0.85 10健康+10名哮喘患者 120 4和24小时后炎症介质没有变化;对肺功能无影响(FEV ),没有特异性甲醛IgE抗体,健康和哮喘之间没有差异
Harving et al.(84) 1.3(平均值) 15名哮喘患者 90 对气道阻力,肺功能(FEV 1)和支气管活动无影响;没有延迟反应
Kriebel et al.(85) 0.08-1.4 38名理疗学生 150 /周 肺功能下降1-1.5%(FEV );4周后效果减弱
Airaksinen et al.(86) 0.08-1.4 95例患者 30 对肺功能没有影响或影响很小;鼻炎的病例很少
Chia et al.(87) 0.9 / 0.6(个人/平均) 150名医学生;189名医学生 - 在第一天和解剖结束后随机选择的22名男性和女性受试者中,FEV 和FVC 无差异
Akbar-Khanzadeh & Mlynek(88) 1.6-3.1(呼吸区) 50名医学生;36名理疗学生 60-180 肺功能(FVC,FEV 1,FEV 3,FEF)增加与甲醛暴露之间无剂量反应关系
Kim et al.(89) 0.2-11.2 167名医学生 - IgE与甲醛暴露无关

法规标准

  • 中华人民共和国合同法233条规定,租赁物对健康有重大损害时,合约条款可以全数作废立即解约,即使承租人签约时对租赁物状态有所知悉,此条款依然有效不可对抗。这一条约是租房实务中对于租到装修甲醛超标房屋时较常引用的条款。国标GB/T18883-2002则数字化规定甲醛室内标准为不超过0.1mg/m³。产品面由各地工商行政管理局受理民众投诉,产品若检测报告超标属实会勒令厂商退货、负担测试费并额外赔偿,但初期专业检测机构检测费必须消费者自行先付。
  • 香港政府于2003年实施自愿性的“室内空气质量管理计划”为改善室内空气质量及加强公众对这方面的关注。这计划采用两个级别的室内空气质量指标(“卓越级”及“良好级”),作为评估楼宇室内空气质量的基准。经参考多份文献,包括世界卫生组织2000年发出的“Guidelines for Air Quality”,得出“卓越级”甲醛含量为每立方米少于30微克(30μg/m³,亦等同24ppbv或0.024ppm)而“良好级”指标则要求甲醛含量每立方米少于100微克(100μg/m³,亦等同81ppbv或0.081ppm)。
  • (现中国台湾省)行政院环境保护署室内空气质量标准值,室内甲醛浓度标准为0.08ppm/1小时,装潢材料标准分F1.F2.F3三等级以释出量为标准分别为0.3以下、0.5以下、1.5以下,对于违反厂商以商品检验法第59条开罚台币十万到一百万,不送检验者罚二十万到两百万。

检测方法

检测溶液内含甲醛的方法

希夫试剂

醛类加入希夫试剂会产生紫红色产物,且加入硫酸后会褪色,但甲醛与希夫试剂生成的紫红色产物加硫酸后颜色不消失,故可利用此方法区分甲醛与其他醛类。

紫醛试剂

台湾卫生署有鉴于市面上充斥不肖商人于鱼类中加入甲醛,于2004年开发了一种紫醛试剂,此试剂滴入含甲醛的鱼类,颜色会由淡紫色转成橘红色,但目前成分属于商业机密,故并不公开其组成成分。

检测空气内含甲醛的方法

大致可分两种方法,主动取样(active sampling)或被动取样(passive sampling)。被动取样法则依赖空气扩散去接触反应物或感应器。由于所得的数据可以有很大的偏差,所以只会用于筛选。主动取样法是以气泵把空气抽吸到反应物或感应器。现在的测试指标通常都会指定使用主动取样法以获得8小时平均空气甲醛浓度。

应用技术亦分四大类:

  1. 高效液相色谱仪(High Pressure/Performance Liquid Chromatography,HPLC)可应用于主动及被动取样的空气样本。主动取样可依美国环保局TO-11A方法进行分析;
  2. 比色法采用基于美国试验与材料协会(ASTM)方法D5014-94进行分析,通常使用在被动取样空气样本;
  3. 气相色谱仪Gas Chromatograph(GC)比较准确,但由于仪器体积庞大,未能够于测试现场使用
  4. 光离子化检测仪Photo Ionization Detectors(简称PID)是一种气态检测仪,可以实时量度空气中甲醛水平。这方法的线性范围覆盖至1000ppm,检出限为0.05ppm

去除方法(室内环境)

物理性方法

最有效的避免甲醛方法还是来源管制,也就是装潢与家具选购中从风格与材料着手,例如尽量多用原木钉接或金属材质家具和装修,减少胶剂型的木工产物,尤其避免廉价三夹板制品,同时油漆和木材无法避免使用时也选择低甲醛检验合格材料。从来源减少甲醛于屋中存量是釜底抽薪的最佳方案。

  • 强力通风
强力通风是强力有效降低甲醛浓度方法,超越其他方式,但只有在室外温湿度、空气质量及噪音可以接受的情况下才能执行,不一定能让甲醛降至安全量,而且一旦停止通风甲醛浓度就会开始增加,若是噪音或冷气使用等问题造成无法长期开窗,加装全热式交换机配合冷气使用是一种妥协做法,与开窗有接近的效果
  • 植物吸收与吸附
气体通过进入气孔与皮孔的植物细胞内的扩散作用,所以气孔的开放程度和面积的气孔数对跟甲醛的吸收量成直接的影响,一般来说,气孔数越多,开放程度越大,吸收效果就越好。拥有吸收空气污染物的植物有:波士顿肾蕨吊兰龟背竹,等等。
  • 活性碳
室内放活性碳包可吸附甲醛,碳表面极多小孔构造可锁住甲醛分子,但除此之外别无其他机制,所以吸附满后就无效需要频繁换包,甚至已经吸附的甲醛还会在气温上升时又被释放出来。将碳包在太阳户外下曝晒可以放走它锁住的气体重新使用但也仅限反复数次,好处是抽屉中或深处房间等紫外线较少,光触媒失效的地方可以使用。
  • 臭氧装置
有效浓度的臭氧亦有毒,但是臭氧可以在短时间内分解,在确定有一段时间没有人畜存在、人畜进入前一段时间可以关闭的情况下,可以开启臭氧产生器,减少甲醛累积量。

化学反应方法

央视专题实证所有喷剂类的化学变化方法,其实效果都乏善可陈,许多是在最理想实验室状态下有效,但实务生活中环境不同于实验室,且必须永远不断补喷以弥补化学反应后喷剂效果递减,如果勤劳补喷的状态下是有一些效果,能搭配其他方法形成多管齐下。

  • 负离子装置
纯水添加电解质导通电流,将水分子电解解离。直流电极之(-)极,析出氢气;(+)极则析出氧气。经电解质后.PH值越高的碱性电解水,水中解离的氢离子和氢氧根离子浓度乘积越高,也能够迅速中和空气中的挥发性甲醛、甲苯、VOC等气体分子发生反应,使之分解成为水和二氧化碳,该技术不会产生任何其他有害物质。据研究和使用证明:负离子可以有效清除室内甲醛等有害气体。中科院经实验证实:小粒径负离子清除甲醛的有效率达73.33%以上,长期使用达99%,但这只是实验室中理想理论值,与现实生活环境有所差距,因为家中装备整套负离子装备且长期开启显然不现实。
  • 天然素材喷剂[来源请求]
已经有专利申报声称植物提取剂。例如柏科(英文学名:Cupressaceae 桧类),主要从柏树中萃取液汁加以提炼和应用,PH值6.5以下者能吸収和分解甲醛、甲苯、VOC等,但尚缺乏普遍权威性科学论文。
  • 甲壳素
天然的甲壳素(几丁聚糖),是将虾、蟹等的甲壳中提炼出来的物质,经过特殊专利的制程与制备方式,经过脱乙酰后具有强大反应性的胺基(-NH2)[来源请求]可与许多有害气体进行化学反应,因此对于逸散至空气中的甲醛,能将其补捉分解,并转化成水和“肟”,无二次污染问题,2008年北京奥运会比赛场所及奥运村,有使用过几丁质来处理部分甲醛污染问题。[来源请求]
  • 光触媒喷剂
光触媒原料多位二氧化钛,化学催化剂。把建材或含甲醛的基材表面涂喷光触媒,光触媒经紫外线照射后表面的氢氧离子会被电洞氧化成“氢氧自由基”,而氢氧自由基会从其他的有机物(甲醛及各种挥发性有机物)抢走电子,而被抢走电子的有机物会因为失去键结能力而降解成为更小的分子,如二氧化碳、水。[来源请求]
  • 甲醛清除喷剂
为应对政府对甲醛污染的管制,市面上有厂商贩售甲醛捕捉剂及类似产品。它们大部分是应用含有氨(胺)基之化合物;结构为R-NH2。氨(胺)基化合物和甲醛作用时的化学反应:
H2CO(甲醛)+ R-NH2(氨(胺)基化合物)→ H2C=N-R + H2O
氨(胺)基之化合物虽多带有些微的氨味,但对于甲醛的清除效率高,故在市面上广泛流通售卖。

室内盆栽

室内植物降低甲醛为一长期研究课题。并非所有植物都具备有效降低室内VOCs(挥发性有机化合物)的能力。(现中国台湾省)环保署曾发布专门公开手册供群众查阅相关植物并辟除一些民间谣言但若考量养殖容易度及综合降低室内VOCs能力,白鹤芋无疑为优先考量之一。根据Wolverton于1993年撰写的研究报告,一棵46厘米高的白鹤芋于强光照射下可每小时降解939微克甲醛。假设每日光照12小时,一棵46厘米高的白鹤芋可降解11268微克(11毫克)甲醛。

香港浸会大学于2010年发表的报告发现植物降解甲醛效率其实并不高,每平方米叶面每小时净化甲醛效率只是0.1毫克。如果要达到1993年文献所指的结果,该棵植物叶面总面积要达10平方米。这意味之前的研究可能高估了植物降解甲醛效率。

如果是实用面积80平米,层高3米的居室内,甲醛浓度为每立方米0.5毫克。室内空气即总共有120毫克甲醛。要降到安全标准(0.1毫克/立方米)就需要至少清除96毫克甲醛。即使还不考虑从装饰材料里新挥发出来的甲醛,如依赖一棵中形植物(叶面总面积为0.3平方米)也要工作240天。或者如果要在1星期内清除好就需要34棵,相信并非可行方案。

去除甲醛方法的谬误

坊间有很多关于去除甲醛的方法存有颇大谬误。例如以凤梨、洋葱、茶叶等放于室内环境,声称可吸附甚至分解甲醛。这些方法最后都被证实为无稽之法。即使没有嗅到气味,甲醛并未消失,只是被那些香味所掩盖。这样反而会放下戒心,忽视通风的重要性,令室内空气的甲醛含量更加高。

参见

引用

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来源


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