教育设施内福尔马林泄漏响应的低危害源级缓解策略的实验评估

《ACS Chemical Health & Safety》：Experimental Evaluation of a Low-Hazard Source-Level Mitigation Strategy for Indoor Formalin Spill Response in Educational Facilities

　　

福尔马林（Formalin）在教育设施中广泛用于标本保存和实验室实验；然而，其主要成分甲醛（formaldehyde）是一种挥发性、有毒且致癌的物质，在室内释放时可能对健康构成重大风险。本研究实验评估了碳酸氢钠（NaHCO₃）、尿素（H₂NCONH₂）和氢氧化钠（NaOH）作为教育设施中福尔马林泄漏事件的低危害源控制策略的候选材料。定性溴百里酚蓝（BTB）指示剂评估和GC–MS分析表明，碳酸氢钠和氢氧化钠显著降低了与甲醛相关的响应，而尿素在测试条件下几乎没有观察到效果。在模拟室内福尔马林泄漏场景的密封室实验中，未处理条件下空气甲醛浓度迅速增加并超过800 ppm。相比之下，碳酸氢钠处理在整个实验期间将浓度维持在20 ppm以下，并有效抑制了随时间推移的浓度积累。这些发现表明，碳酸氢钠可能通过改变影响甲醛挥发性的物理化学条件来减少空气甲醛释放。由于其低危害特性、良好的处理特性、广泛可用性和操作实用性，碳酸氢钠显示出作为低危害源控制材料的巨大潜力，能够补充传统的基于通风和稀释的危险物质（Hazmat）响应策略，用于室内福尔马林泄漏事件。

**论文解读：教育设施内福尔马林泄漏响应的低危害源级缓解策略的实验评估**

**研究背景与问题**
福尔马林（Formalin，约35–37%甲醛水溶液）作为防腐剂和消毒剂，广泛用于教育机构的实验室、标本储存室和生物研究设施。然而，其主要成分甲醛（formaldehyde）是一种高挥发性、有毒且被国际癌症研究机构（IARC）列为第1类致癌物的物质，美国国家毒理学计划（NTP）也将其认定为已知人类致癌物。短期暴露可导致眼、鼻和呼吸道刺激，长期暴露则可能引发严重健康损害。韩国消防厅2020–2024年化学事故数据显示，教育设施中福尔马林相关事故约占62.8%，主要归因于容器老化、操作失误和不当储存。尽管福尔马林事故频率低于汞事件，但甲醛的高挥发性和吸入毒性使其在室内释放后急性暴露风险更为突出。现有响应策略主要依赖通风稀释和物理吸附，但无法直接抑制泄漏源处的甲醛挥发，尤其在高挥发初始阶段效果有限。化学源控制技术（如CBRN领域的氧化消毒剂、碱性中和系统）虽可快速中和污染物，但常使用高反应性或腐蚀性试剂，可能产生二次危害，且需专业设备与人员，不适于教育环境。因此，亟需开发一种低危害、操作简便的源控制材料，以补充传统通风和稀释策略，减少甲醛暴露风险。

**研究内容与结论**
研究人员系统评估了碳酸氢钠（NaHCO₃）、尿素（H₂NCONH₂）和氢氧化钠（NaOH）作为福尔马林泄漏的候选源控制材料。通过定性溴百里酚蓝（BTB）指示剂测试、GC–MS分析和密封室挥发模拟实验，发现碳酸氢钠表现出与氢氧化钠相当的甲醛抑制效果，且具有低危害特性（NFPA 704健康危害等级1），而尿素在室温条件下效果有限。密封室实验中，未处理福尔马林泄漏导致空气中甲醛浓度迅速升至800 ppm以上，而碳酸氢钠处理将浓度始终维持在20 ppm以下，有效抑制了挥发累积。该研究认为，碳酸氢钠通过改变溶液酸碱平衡影响甲醛水合平衡，降低游离甲醛浓度，从而减少气态释放。论文发表在《ACS Chemical Health 》，为教育设施福尔马林泄漏提供了实用、安全的低危害源控制方案，可显著降低学生、教职工和应急人员暴露风险。

**主要关键技术方法**
研究人员采用以下方法评估候选材料：（1）**定性BTB指示剂测试**：观察福尔马林与候选材料混合后溶液颜色变化，定性判断pH变化趋势；（2）**GC–MS分析**：使用Agilent 8890 GC–5977B MSD系统，HP-5MS UI色谱柱，电子电离（EI）70 eV，比较处理前后甲醛特征峰（RT 1.43 min）强度变化；（3）**密封室挥发模拟实验**：在0.24 m³丙烯酸密封室内放置20 mL 37%福尔马林溶液，使用GASTEC检测管（未处理用No. 91 M型，8–6400 ppm；碳酸氢钠处理用No. 91型，2–100 ppm）测量1–60 min内空气甲醛浓度。所有实验均重复两次，以评估趋势一致性。

**研究结果**
**4.1 定性BTB指示剂评估**
BTB测试显示，氢氧化钠和碳酸氢钠溶液呈蓝色（碱性），福尔马林呈黄色（弱酸性）。混合后，氢氧化钠和碳酸氢钠使溶液变绿（pH升高），而尿素无明显颜色变化，表明其与福尔马林立即酸碱相互作用有限。该结果提示碱性处理可能改变甲醛水相行为，但需进一步分析验证。

**4.2 GC–MS甲醛还原评估**
未处理福尔马林样品在RT 1.43 min出现明显甲醛峰。碳酸氢钠和氢氧化钠处理后，该峰强度显著降低，表明两者减少了可检测甲醛相关物种。尿素处理样品甲醛峰与未处理类似，无显著降低，与其在BTB测试中的弱反应性一致。该结果确认碳酸氢钠具有与氢氧化钠相当的甲醛还原能力，且危害更低。

**4.3 密封室福尔马林泄漏模拟与空气甲醛浓度变化**
未处理对照实验中，空气甲醛浓度随时间快速上升，两轮试验分别达到750 ppm和890 ppm（4–8 h）。碳酸氢钠处理下，浓度始终维持在20 ppm以下（第一轮4–17 ppm，第二轮2–6 ppm），且未出现快速累积。表明碳酸氢钠能有效抑制泄漏源处甲醛挥发，实现源级控制。

**4.4 甲醛还原机制解释**
研究人员认为，碳酸氢钠的缓冲作用可能改变福尔马林水溶液中甲醛水合平衡（游离甲醛?甲二醇HOCH₂OH），降低游离甲醛比例，从而减少气态释放。此机制基于间接证据，未进行直接物种分析（如顶空GC–MS、NMR光谱），需进一步研究确认。

**讨论与结论**
讨论部分指出，碳酸氢钠的低危害特性（NFPA 704健康危害等级1）、易获取性和操作简便性，使其成为教育设施内福尔马林泄漏响应的理想源控制材料，可补充传统通风和稀释策略。与氢氧化钠相比，碳酸氢钠避免了强腐蚀性和热效应产生的二次危害；尿素则因反应动力学缓慢不适用于快速响应。研究结论强调：碳酸氢钠在密封室实验中持续将空气甲醛浓度维持在20 ppm以下，表明其源级抑制潜力，但需在更大规模现场条件下验证，并通过高级物种分析（如NMR、FT-IR）明确机制。该研究为开发实用、低危害的源控制技术提供了基础数据，有助于减少教育设施内福尔马林泄漏导致的甲醛暴露风险。