甲醛克星

甲醛的克星是什么化学物质

“如果没有这场疫情，我们现在应该已经回到国内，推广我们的技术了。

” 刘明博士略显遗憾地说道。

上个月，刘明在英国利物浦的研究团队刚刚获得由 Nature Research 评选出的 “最佳技术转化奖”，他们的研究方向是通过设计一种叫做 “分子笼” 的新型多孔材料，来清除室内空气污染，尤其是令我们深恶痛绝的甲醛。

“这种材料所表现出的净化效果相当惊人，同等质量下对甲醛的吸附效果是常规活性炭的近 500 倍。

”刘明告诉 DeepTech，通过在分子级尺度上调控孔的大小和形状，并根据目标分子引入不同的化学官能团，“分子笼” 材料可以吸附任何常见的空气污染物。

他也因此项技术获得了 2016 年英国皇家化学会（RSC）创新技术一等奖。

除了捕获空气污染物，“分子笼” 材料还可以被用于气体储存、精细化工分离、氢燃料电池中的质子交换膜，甚至还可以用来分离用于核聚变的燃料：氘和氚（两种氢的同位素）。

图｜通过 “分子陷阱” 捕获空气污染物。

在浙江大学获得博士学位后，刘明加入了英国利物浦大学材料创新工场主任安迪 · 库珀（Andy Cooper）教授（“分子笼” 材料领域的开创人）的课题组，从事博士后研究工作，如今他有了另外一个身份——新材料公司 CageCapture 的联合创始人兼首席技术官。

2014 年一次偶然的机会，刘明在实验室内受到启发，有了用 “分子笼” 材料清除甲醛污染的想法。

” 通常在中间没有任何媒介的情况下，固体和气体直接发生反应是非常困难的。

但经过反复验证和筛选后，刘明发现了一个与气态甲醛分子反应效果非常出色的 “分子笼”。

但是，他的这一想法一开始就在团队内部受到了很大的阻力。

“因为英国民众对于甲醛污染的认知度还不高，没人认为这种材料具有很好的商业前景。

凭借出色的甲醛清除效率，技术接连获得英国皇家化学会创新技术一等奖和 “创新英国”（Innovate UK）政府扶持基金支持，之后才有 CageCapture 的诞生。

图｜CageCapture 部分团队，中间为刘明。

”刘明表示，尽管受新冠疫情的影响，CageCapture 的技术研究、产品研发进度和商业化推广受到了较大的影响，但他们专注的方向依然很明确，即进军室内空气净化市场。

他们首先瞄准的是室内甲醛污染，尤其在中国。

甲醛是一种无色的刺激性气体，是目前最常见的室内污染气体，对人的眼睛、鼻子等器官有刺激性作用，纤维板、三夹板、隔音板、保丽龙等数千种建筑材料中都含有甲醛。

早在 2011 年，美国国家毒理学计划（National Toxicology Program）就将甲醛描述为 “已知的人类致癌物”，世界卫生组织（WHO）也将其定义为致癌和致畸型物质。

当室内甲醛浓度达到 0.1 ppm 时，人在其中就会面临致病的风险，长期接触低剂量甲醛，可引起慢性呼吸道疾病、鼻咽癌、结肠癌、脑瘤和细胞核基因突变等。

“当前，全球空气净化器的市场规模已高达近 20 亿美元。

2016 年，我们委托一家咨询公司做了一份全球空气净化器的市场调研报告，其中一个重要信息是，全球 80% 的空气净化器消费市场在中国。

可以说，中国市场的巨大需求几乎养活了欧美的空气净化器企业，比如瑞典的布鲁雅尔（Blueair）、英国的戴森（Dyson）、荷兰的飞利浦（Philips）和瑞士的 IQAir 等，这些公司针对中国市场专门推出了清除甲醛的空气净化产品，而国外市场还没有出现只用来清除甲醛的空气净化器。

“但是，相比于中国市场，欧美的市场需求还是微不足道的。

”图｜CageCapture 发展历史。

据刘明介绍，目前他们可以通过调控分子的大小、官能团和其他一些理化性质，来捕获不同的污染气体。

他们可以做到因地制宜，拓宽应用场景。

“我们想把 CageCapture 作为一个平台技术，而不是单一技术，它有很大的潜能去处理不同污染物。

” 刘明说。

性能“秒杀” 活性炭“目前这个市场良莠不齐，尽管出现了很多不同的概念，但真正有效果或完全无毒害的产品并不多。

事实上，有些产品在去除甲醛的同时，还会产生其他有害气体或有害物，这就违背了空气污染治理的初衷。

市场需要可以真正解决问题的技术。

” 刘明说。

当前，市场上的解决方案大致上分为催化转化和活性炭材料吸附两种。

前者是通过催化氧化的方式将甲醛转化为无害的二氧化碳和水；活性炭则通过物理吸附的方式达到清除效果。

相比于市场上的现有解决方案，分子笼材料具有选择性好、加工性能优良和吸附效率高的优点。

在有其他气体成分、污染气体存在的情况下，对甲醛的吸附效率也不会受到影响，这是目前其他技术方法很难做到的。

比如，活性炭在湿度比较高的环境，实际上会优先吸附水，而不是优先吸附甲醛；而且在室内温度、湿度升高的情况下，会重新释放已经吸附的甲醛分子，造成 “二次污染”。

同时，由于 “分子笼” 材料是一种小的有机分子，与其他传统的多孔材料相比，它的溶解性更好，可以在很多不同的溶剂中溶解，甚至有些也可以在水中溶解，这就使得它在工业上具有很好的加工性，可以根据实际应用需求把 “分子笼” 材料加工成不同的物理形态，如加工成薄膜，与口罩吸附层材料混合编织，抑或添加到墙体涂料和油漆中。

另外，实验数据证明，分子笼材料有极高的吸附效率，其对甲醛的吸附效果为同等质量活性炭的 500 倍。

在特定场景下，使用 “分子笼” 材料可以减少产品质量、节省更多空间。

比如在汽车领域，相比于在汽车内装上带有几公斤活性炭的过滤网，同等吸附效果用 “分子笼” 材料仅需数克，更加轻便。

而且，如果把过滤网和过滤设备做小后，还会减少空气净化器等设备产生的噪音，降低整体能量损耗。

不止于 “消灭”甲醛除了吸附气体污染物之外，“分子笼” 材料在气体分离和储存方面具有很好的应用前景。

比如，在化工领域，利用 “分子笼” 材料将二氧化碳从其与甲烷的混合气体中分离出来，以及对二甲苯异构体多的精细化工分离等，甚至是氢的同位素分离。

对此，刘明表示，公司成立不久，CageCapture 暂时不会迅速扩大应用场景，目前还是专注于室内空气净化这一应用方向。

除了用在空气净化器中的过滤材料外，其他应用场景还包括如将分子笼材料直接与建筑材料混合，从源头上消除有害气体，以及应用于气体污染物的检测。

图｜“分子笼” 材料的一些应用方向。

“我们制备 ‘分子笼’ 材料的主要原材料都采购自国内，而且早在 2016 年，国内就有人对我们的这个想法感兴趣，因为甲醛污染问题关乎到每个人的身体健康。

我认为 CageCapture 未来应该在中国。

”但刘明也表示，他们还有很长的一段路要走。

由于疫情的原因，公司的工作计划被迫大幅延后，与汽车厂商等企业的潜在合作也受到了一些影响，实验室目前也没有完全开放，团队有望在七月底开始恢复正常的研发工作。

尽管受客观条件的限制，刘明团队已经将由 “分子笼” 材料制备的空气过滤网拿到汽车厂商、空气净化器生产商测试，结果显示，这种材料具有非常好的清洁效果，可以在 5 分钟内清除 82.7% 的甲醛，而且在暴露于空气中近两个月后，性能也没有下降。

目前，CageCapture 实验室的产能仅为每月 5 公斤，但刘明团队正通过与英国国家先进制造中心（ High Value Manufacturing Catapult，CPI）合作将其产能扩大 20 倍，从而让这一技术真正走出实验室。

尤其是近期的中美贸易争端，希望自己未来能够有机会通过自己所学为祖国做贡献，助力祖国新材料的研发和商业转化发展。

”采访的最后，刘明表示，尽管在英国做企业已有一段时间了，也接触并学习到了很多先进的商业、管理经验，但他对从事创造性的研究更有激情，更倾向回到国内高校或研究机构。

当然，从另外一个角度看，有了出色的研究工作，再做进一步的技术转化和商业化，也不冲突。

关于受访者刘明，2009 年获得浙江大学化学系博士。

长期从事功能超分子以及多孔材料领域的研究，在有机多孔材料的设计合成以及应用方面取得了多项重要学术成果，在包括 Science、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society 等顶级期刊上发表论文 30 余篇。

近年来，刘明的研究着重于功能导向的有机分子材料的合成及应用开发，在环境污染控制、清洁能源等功能材料领域取得多项具有应用潜力的创新性成果。

其中高效清除甲醛的分子笼材料技术已展现了巨大的产业化价值，获得了 2016 年英国皇家化学会创新技术一等奖。

刘明作为技术发明人创办了新材料公司 CageCapture，转化分子笼材料的相关应用成果，融得超过 50 万英镑的孵化基金。

公司在 2019 年获得了 “创新英国”（Innovate UK）政府扶持基金支持，2020 年入选 Nature Research 的最佳技术转化奖（全球一共上榜 12 家公司）。