工业废气中VOCs的销毁治理技术叙述

针对VOCs的性质以及在室内浓度分布的不同，目前广泛应用于VOCs治理的措施基本分为两大类：一类是以改进工艺技术、   换设备、防止泄漏乃至VOCs排放为主的预防性措施；另一类是以末端治理为主的控制性技术。   种方法是人们所期望的，但是由于现在的技术水平以及一系列人为、社会原因要想达到是不可能的，所以   种以处理为主的控制性技术就成为当前研究的，也成为VOCs治理的主要方式和途径。在对末端处理技术研究的时候，可以将其具体的分为两种：一种是非破坏性方法即采用物理方法回收VOCs；另一种是通过生化方法将VOCs分解为   或是低毒产物的破坏性方法。
　　由于废气中污染物VOCs浓度往往比较低(＜3000mg/m³)、气量大、污染面广，如热力焚烧、催化燃烧、冷凝、吸收和吸附等传统方法往往不适用，不是处理效果不理想就是运营成本太高，迫使人们研究新技术。近年来，等离子废气净化器、UV光氧催化净化器光催化降解和生物净化等新技术在处理VOCs方面。
　　也显示出   的优点。
　　一、VOCs的销毁技术
　　对于中等浓度或者是低浓度(浓度<1000mg/m³)的VOCs采用   的技术将其降解、销毁是较好的治理方法。目前，经常使用的销毁技术包括燃烧技术、光催化降解技术、生物降解技术和等离子体技术等。
　　1、燃烧技术
　　燃烧技术是利用VOCs易燃性质进行处理的一种方法，经过充分的燃烧后，   后的产物是CO2和水。具体的又可分为直接燃烧法和催化燃烧法，直接燃烧法适用于高浓度的有机废气，温度控制在1000℃以上时，去除率可达到90%以上；而催化燃烧法是采用一些催化金属，在低温下就可以进行燃烧的方法，该法具有去除率高、无二次污染等优点，并且可操作性比较好。
　　2、光催化降解技术
　　近年来，UV光解净化器光催化处理VOCs越来越受到人们的关注。所谓光催化降解技术就是在   波长的光照射下，光催化剂(比如TiO2、MnO2等)使H2O2生成-OH，然后-OH将有机物分解成CO2、H2O和其他无机物。自1972年日本学者发现TiO2单晶电极分解水以来，标志着纳米半导体多相光催化新时代的开始，在多相光催化反应所应用的半导体催化剂中，通常采用TiO2粉末作为光催化剂降解苯系物，但TiO2的禁带较宽，能利用的太阳能仅占总太阳能的3%，为了提高太阳能的利用率，各国学者围绕高活性纳米TiO2的制备、多相光催化机理及提高TiO2的光催化效率等方面作了大量的探索工作。
　　3、低温等离子体技术
　　等离子体是含有大量离子、电子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基组成的物质的第四种形态。由于其正负电荷数相等宏观上显电中性，并且具有导电和受磁电影响的性质，所以具有很高的化学活性。低温等离子体技术的基本原理是通过电场的加速作用，产生   电子，当电子平均能量超过目标治理物分子化学的键能时，分子键断裂，从而达到消除气态污染物的目的。目前利用此法对于有机废气物的治理还仅仅处于实验室研究阶段。
　　近年来兴起的低温等离子催化技术是将等离子技术与催化相协同的技术。在等离子气体中加入具有催化活性的金属或金属化合物(Fe、Mn、TiO2和MnO2等)，取得了不错的效果。
　　二、活性炭在VOCs处理方面的应用
　　活性炭是经过加工所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机物或是有机物以及胶体颗粒具有良好的吸附性能。活性炭同时具有较强的吸附性能和良好的催化性能，这主要是源自其具有   的表面结构吸附特征和化学表面性能。活性炭制备原料充足且   性能高，具有、耐热、不溶于水和有机溶剂、易   等优点，因此成为目前处理气体污染物的   吸附剂，已经广泛应用于食品、环境、军事等领域。目前，活性炭在治理VOCs方面的主要应用是：吸附和负载催化剂后对VOCs进行光催化降解。
　　1、光催化与活性炭
　　光氧催化净化器光催化降解VOCs是一个新研究领域。活性炭应用于光催化领域主要是由于其能负载各种不同的光催化剂，从而有助于光催化剂对VOCs进行催化降解。由于活性炭同时也具有吸附性能，所以在处理VOCs时效果要比普通的催化剂载体好。
　　研究表明，活性炭的光催化   由三个准反应组成。   初期，   反应速率由光催化降解吸附质的速率决定；反应的   个阶段由光催化反应速率和吸附质的解吸速率共同决定；   后期，   反应速率由吸附质在活性炭上的解吸速率所决定。
　　1.1、活性炭负载光催化剂的类型
　　活性炭可以负载不同类型的光催化剂对VOCs进行降解，目前研究比较多的有以下几种。
　　1.1.1、负载TiO2
　　利用TiO2纳米粒子光催化
　　分解环境污染物是目前环境污染控制研究的热点之一，在目前室内空气污染问题比较突出的情况下，在异相光催化领域，TiO2半导体由于其光催化活性高、稳定性好、   无害等优点，得到了比其他金属化合物和金属硫化物等半导体材料   深入的研究。TiO2可以将有机污染物降解为CO2和H2O，不会带来二次污染，同时可逐步提高对光源的利用，有实际应用潜力。
　　1.1.2、负载MnO2
　　研究发现许多过渡金属化合物对VOCs有降解作用，在众多的过渡金属化合物中尤以锰的化合物对VOCs的去除效果   好。
　　1.1.3、负载ZnO
　　纳米材料因其特有的颗粒尺寸和表面特性而具有抗菌、除臭、消毒等作用。纳米ZnO等纳米半导体粒子在光的诱导下，可作为强分解剂而使VOCs发生醇、醛、酸的变化，从而完成对有机物的降解。
　　1.1.4、负载其他金属离子
　　虽然TiO2在光解净化器光催化领域应用很广泛，也有其自身的优点，但是仍存在限制因素。目前限制其应用的主要有两个因素：一是纳米TiO2颗粒较小，使用时易流失、易团聚、难以分离回收和循环使用，并且在处理低浓度有机污染物时因TiO2颗粒周围有机物浓度小而光催化效率低等缺点；二是其禁带较宽，只能对紫外光有响应，而且电子和空穴容易复合，所以催化效率低。对此，可采用掺杂、半导体复合等手段对其进行改良，从而提高其催化效率。
　　随着社会经济的发展和科技的进步，人们将会对赖以生存的环境提出   高的要求，对VOCs治理的关注越来越大，治理VOCs措施也会   加的合理和有成效。活性炭作为一种具有强大比表面积的吸附剂和催化剂载体，必将在VOCs治理方面发挥   大的作用。研究开发具有   佳吸附性能或满足特定需求的新型活性炭，如活性炭纤维、活性炭纳米管等材料而增强其吸附性能；并对活性炭的表面改性及吸附性能的影响等基础和应用基础开展研究。对于光催化降解VOCs，由于其具有无二次污染等优点，势必将成为VOC处理的发展趋势。但是目前由于光催化剂光敏性不是很好，无法在可见光下进行   的降解。今后需要具有强针对性或高选择性位口正电性和负电性TiO2和择形TiO2)的消除痕量有毒有机物的光催化方法以及能够活化分子氧的光催化体系；其次，在增大催化剂的捕光能力和   能量转化形式上的研究还很少，这也是制约光催化实际应用的瓶颈之一，需要加强这方面的研究。工业排放的VOCs绝大部分是可以回收再利用的有机溶剂，采用活性炭净化技术是行之的方法，但需要研究吸附解吸过程和方法。尤其是其过程节能和环保减排方法的研究，如膜分离、变温和变压吸附、生物、超声波和微波等新兴解吸技术以及工程的优化祸合集成的研究。吸附和解吸过程控制系统的开发将会引起人们的高度重视。