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2.3影响处理效果的因素
从机理分析得出:低温等离子体降解VOCs是在外加电场作用下,通过介质放电产生大量携能电子轰击污染物,使其电离、解离和激发,然后引发一系列的物理、化学反应,使有毒有害污染物转化为无毒无害物质。在整个降解过程中,最主要的电极电压的选择和控制,它将影响到介质的放电情况及电子的携能情况,以及后续的一系列反应,最终影响到VOCs是否能够得以降解;电极电压也是实现该理论商业化应用的重要参数。因此选择适当的电极电压尤为关键,表1给出通常情况下低温等离子体降解不同VOCs所需的相应的电极电压。
以上IE是有机物电离降解的最低电极电压。通常,当有机物降解所需IE大于氧气电离IE,降解就很难进行,因为这种有机物的电离能和键解能非常大;另外,知道每个分子所需的能量消耗就可以确定离子化效率。
低温等离子体降解VOCs除了和电极电压有密切关系外,其还受温度、相对湿度、氧气含量、气体浓度、气流量等的影响,其中以气体浓度和气流量的影响为主。
2.4技术应用现状
等离子体技术处理环境污染问题是一种高新技术,是目前国内外研究的热点问题。在20世纪60年代,西方发达国家就开始研究等离子体化学,到80年代,开始利用等离子体技术处理环境污染物的问题。但是,大多数发达国家对该项技术也还只是处于理论研究或者是中试阶段,真正进入商业化的非常少。到目前为止,只有瑞士实现了该技术的商业化应用,生产出了利用低温等离子体技术处理VOCs的商业化产品———Plasmacat[11],申请了世界专利,并已经开始应用于一些国家VOCs的治理。其应用领域包括:(1)臭气的消除,如食品工业、污水处理厂、堆肥厂、污泥处理、烟草工业、塑料工业等地方产生的臭气;(2)空气净化,如空调或其他场合的应用;(3)废气中低浓度溶剂(含卤化剂)的去除,如油漆、印刷等工业;(4)净化有毒物质。经过Plasmacat处理的空气纯度不能达到人居室内空气的纯度,但其可以达到工厂周围的空气质量要求,例如注入气体:80000OU(每单位臭气),排出气体:100OU(每单位臭气),降解率达到99.9%。该设备处理效果好,而且能耗低(0.5~2.5Wh/m3废气),投资少(主要用于电子激发阶段),因此该产品具有良好的商业应用前景。
在国内,利用低温等离子体处理VOCs技术主要还是处于研究阶段,到目前仍未开发出商业化产品,例如:复旦大学的于勇等人介质屏蔽降解CF3Br,降解率达到55%(1.3kPa);浙江大学的郑雷等人利用正脉冲电晕放电处理含二氯甲烷浓度为42.8umol/L的空气,在反应器中加入BaTiO3为催化剂,在试验气体流速为28mL/min条件下,二氯甲烷的降解率达到90%以上。浙江大学黄立维等人利用脉冲电晕处理低浓度甲苯废气,在线—管式反应器中,甲苯的降解率达到81%,能量利用率为8.4g/(kW˙h)。
目前国内对低温等离子体技术处理VOCs的许多研究还是停留在高校的理论研究或是实验室的试验研究,虽然有些已经发展成小试或者中试试验,但是能够直接应用于工业的商业化产品目前在国内仍然是空白。这些试验处理的气体一般都是气流量较小、气流较稳定,而工业上产生并需要治理的废气气流量大、气流不稳定。因此,必须进一步加大研究力度,开发出适用于工业有机废气处理的商业化技术产品,这样才能达到真正治理环境VOCs污染的问题。
3展望
随着工业经济的发展,石油、油漆、印刷和涂料等行业产生的有机废气也日渐增多,科学、高效地处理有机废气显得非常迫切。低温等离子体技术在处理VOCs方面较传统的处理方法具有更强的优势,为了尽快实现低温等离子体技术的商业化应用,今后应加强以下方向的研究:
(1)进一步完善低温等离子体降解VOCs的机理,形成能指导实践的理论体系,为该技术的商业化提供理论保障。
(2)优化低温等离子体降解VOCs的各操作参数,确定该技术商业化产品的最佳使用参数,选择最佳反应器构型。
(3)提高电源与反应器的匹配,选择合适的催化剂、吸附剂或填料,尽可能提高污染物的降解效率和能量利用率,降低能耗。
(4)为适应工业上大流量气体而制造出大型处理装置,实现从实验室小、中试试验到工业化运行的过渡。
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