燃煤电厂烟气中的VOCs治理技术研究进展-北极星VOCs在线

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摘要：综述了近年来国内外VOCs治理技术的性能特点和最新研究进展,包括活性炭纤维吸附技术、等离子体—光催化复合净化技术、催化燃烧技术和生物技术,并对VOCs治理技术的未来发展趋势进行了展望。

挥发性有机物(volatileorganiccompounds，VOCs)是指在常温下饱和蒸气压>133.3Pa，常压下沸点在260oC以下的有机化合物，主要包括脂肪烃、芳香烃和有机极性物三大类。脂肪烃是指分子中只含有碳和氢两种元素，碳原子彼此相连成链，而不形成环的一类化合物。芳香烃是指分子中至少含有一个苯环结构的化合物，例如苯、苯系物以及多环芳烃等。有机极性物是指分子内部电荷分布不均匀的有机物，燃煤产生的烟气中的极性物主要是氧化合物，包括醇类、酮类、醚类、呋喃类和酚类等，种类繁多，结构复杂。据前人报道，燃煤电厂产生的VOCs排放量大约占总人为源的37%，是大气中挥发性有机物的重要来源之一，其所具有的巨毒性、刺激性、致癌性、致畸性和致突变性等因素，将会对人类身体健康、动植物的生长以及生态环境造成极大的危害。目前国内外针对VOCs的治理技术开展了广泛的研究和探索，下面将对这些处理方法加以介绍和评价。

1活性炭纤维吸附技术

吸附技术是目前处理有机废气使用最为广泛的一种方法，具有简单、高效和廉价等优势，而该技术的吸附分离效果关键在于吸附剂性能，目前已开发的吸附材料主要有活性焦、活性炭、活性炭纤维等。大量研究表明，活性炭纤维(ActivatedCar.bonfiber，ACF)干法吸附技术被认为是一种较有前途的联合脱除多种燃煤电厂污染物的综合治理方式。活性炭纤维是由一定的前驱体材料(如粘胶基、聚丙烯腈、基沥青基、酚醛基等)，经预处

气中O：浓度为5%、吸附温度为40℃且烟气中不含有水蒸气时，ACF脱除甲苯效果达到最佳。SOO—JinPark等¨2“41分别通过电极氧化和氧离子氧化等技术功能化改性ACF;张曼娜¨纠采用先硫酸后氨水的方法对ACF进行改性，均得到了相似的结论。此外，也有研究者通过在ACF上负载金属氧化物的形式制成复合材料来改善其吸附性能。刘阳生等¨钊以KMnO。和NH，・H：O为原料合成纳米MnO：，然后通过浸渍、高温焙烧处理手段将纳米MnO：颗粒负载于PAN基活性炭纤维表面，制备了ACF—MnO，复合材料。研究结果表明，ACF—MnO：复合材料在室温下可以将甲苯氧化为CO：，与单纯的ACF相比，其对高浓度的甲苯气体具备更强的抗穿透能力。侯一宁等¨刊通过将常温吸附和光催化降解两种作用相结合的方式制备了ACF—TiO：复合材料，研究表明：ACF—TiO：复合材料综合了ACF的吸附优势和TiO：的光催化降解优势，对甲醛的去除效果比单独使用ACF或TiO：更为明显。刘建华等u副也曾报道ACF—TiO：光催化再生复合材料的协同作用是吸附、富集、光催化、再生过程的有机结合，正是利用吸附剂与光催化剂的协同作用才达到了较高的VOCs降解能力。

ACF在VOCs吸附回收方面具有较为明显的优势，但也存在造价昂贵、寿命周期短及选择性有待提高等方面的缺陷与不足。因此，结合工业应用和当前存在的问题，今后的研究方向应是不断完善工艺，降低生产成本，提高材料的寿命周期，继续探索ACF的功能化改性研究，增强ACF对VOCs的吸附性能和选择性，同时不断尝试与其它功能材料合成新型多功能复合材料。

2等离子体一光催化复合净化技术

等离子体是性质不同于物质的常规三态(固态、液态、气态)的第四种形态，是由大量的电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体，其中正负电荷相等，整体保持电中性，能有效降解VOCs。然而，等离子体净化技术能耗较高，选择性差，并且在处理废气过程中会伴随着一些有毒有害的副产物生成，如一氧化碳、臭氧、气溶胶颗粒等。，这些不利因素严重制约了该技术的工业化应用。紫外光催化技术作为一种环境友好型处理VOCs的新型手段，同时也面临着光催化反应器结构和紫外光源的限制、光催化剂中毒失活、难以处理高浓度大流量废气和能量利用率低等不足之处，使其无法推广到实际应用当中。

与单纯的等离子体净化技术和紫外光催化技术相比，等离子体一光催化复合净化技术集成了两者的优势，而且充分利用了等离子体场中产生的紫外光，是非常高效、节能降解VOCs的有效方法之一，已经成为国内外的研究热点。JaeOuchae等心纠对等离子体一光催化协同系统去除室内污染物进行了实验研究，结果表明：单纯地应用等离子体净化技术过程中会导致大量有害的臭氧和一氧化碳气体的生成，而当加入光催化剂之后，该系统能更高效地降解室内空气中的氨和甲苯，且臭氧出口浓度下降到了1/10，一氧化碳出口浓度也下降到1/5。Hyun—HaKim旧副对比考察了等离子体光催化和五种传统的等离子体反应器(脉冲、介质阻挡、表面放电、填充床以及等离子体催化)降解气相苯的效果，研究表明等离子体光催化反应器降解苯效果最好，能量利用效率和碳平衡均最高，并且产生的气溶胶最少。目前作为催化剂的N型半导体种类很多，如：TiO：、ZnO、Fe：O，、CdS和WO，等，由于TiO：具有较高的光稳定性、紫外线吸收能力和化学反应活性，且价廉无毒等优点，因此目前大多采用其为光催化剂的理想半导体材料Ⅲ'25‘。黄碧纯等心钊通过实验发现在发射紫外光的氮等离子体场(NTP—P—O：/N：)中和发射可见光的氩等离子体场(NTP—P—Ar)中TiO，均能提高体系的甲苯去除率，证实了等离子体场中产生的紫外光和高能电子均能激活光催化剂TiO：，进而更有效地催化降解甲苯。邱作志等旧列考察了介质阻挡放电(DBD)等离子体结合不同光催化剂降解甲苯的作用效果。结果表明，与其他催化剂相比，当等离子体协同光催化剂TiO：时，甲苯的降解率和能量效率最高，分别由45.3%提高到82.7%，0.85g/(kW・h)提高到1.73g/(kW・11);张建芳旧副也得到了相似的结论。陈砺等旧。利用介质阻挡放电(DBD)等离子体结合TiO：光催化剂对甲醛进行降解实验后发现，与等离子体单独作用相比，放电等离子体驱动光催化协同作用时甲醛的降解率显著提高，降解程度也大大加深，当焙烧温度为400℃、放电电压为20.7kV时，甲醛降解率高达83.8%。

等离子体一光催化协同净化系统在VOCs治理领域表现出优异性能，具有良好的应用前景。然而，纵观目前国内外研究成果，该系统分解VOCs的实验研究基本上都仅仅是考察影响某种VOC(比如苯或甲苯)分解率的因素，证实等离子体和光催化两者结合具有协同效用，而对等离子体催化的微观反应机理、反应器的结构形式及等离子体催化的最佳结合方式等方面报道较少，没有形成系统的理论框架。因此，今后的研究方向应为进一步探讨该体系有效分解VOCs的作用机理，同时研究催化剂和反应器的最佳结合方式，充分发挥协同效应的作用，提高能量效率，将副产物浓度降至最低。

延伸阅读：

挥发性有机物(VOCs)吸附回收技术进展

原标题：燃煤电厂烟气中的VOCs治理技术研究进展

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