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四、紫外光消除VOCs和恶臭

从前面的分析可知，当紫外光照射VOCs时，如果紫外光波长在240nm以上，那么无法激发氧气生成臭氧，但能激发键能较低的C-N和C-S键，也可以使之解离。但是紫外光波长小于240nm时，不但能激发氧气生成臭氧，还能对键能较高的化学键起到激发和解离作用。如果化学键得到激发，那么有机物分子变的更为活泼，使得容易进一步氧化。

当前紫外光在VOCs和恶臭消除领域有着广泛的应用，与UV光相关技术有UV光解氧化技术、光催化技术、臭氧氧化技术，具体如下：

1.光催化技术

光催化剂是在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质。光催化剂是利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的OH-及O2-自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质。目前效果较好的是二氧化钛（TiO2）光催化剂，TiO2光催化剂只能在紫外光照下有效，可见光是无效的。光催化技术的关键点是必须有高性能的光催化剂。据我所知光催化的反应效率（速度）相对比较低。玻璃的自清洁就是利用光催化的原理。

2.臭氧氧化技术

由于在240nm以下紫外光能够产生臭氧，在此有必要解释一下臭氧。臭氧（O3）是一个非常强的氧化剂，能在短时间内将空气中的浮游细菌消灭，分解毒气、VOCs，去除恶臭。因此臭氧可用于净化空气、饮用水，杀菌，处理工业废物和作为漂白剂。臭氧也能与VOCs反应，将VOCs氧化成无毒无害的CO2和H2O。

3．UV光解技术

UV光解技术作为消除VOCs和恶臭目前比较流行的技术，特别在处理低浓度VOCs方面有很多的应用。在网络上可以看到许多环保产品宣传都用UV光解氧化这个名字。然而，从“UV光解”这个名字，让人的感觉是紫外光来解离有机物直接把VOCs破坏了。实际中应用中，都是采用简单的185和254nm的紫外灯管。根据前面介绍，我们很容易想到，只要有185nm的紫外线，就会有臭氧产生。臭氧具有非常强的氧化性，它能和所有有机物反应，破坏有机物分子，如果有足够的臭氧，最终可以将有机物氧化到二氧化碳和水。当然，紫外光也能够破坏有机物，但是这些有机物碎片能否与氧气反应不得而知。破坏有机物并不等于把有机物转换为无害的二氧化碳和水，如果仅仅把大分子打碎变成小分子，那么VOCs依然存在。这些有机物碎片估计不能与氧气反应，如果能与氧气反应，那么就不需要光催化技术了。因此，我认为，所谓UV光解（氧化）技术如果没有光催化剂的配合，其实就是臭氧氧化技术。

对于UV光解技术的脱臭，由于恶臭物质一般含有N和S的有机物，而有机物中的C-N键和C-S键的键能较低，很容易和臭氧也很容易被UV光解离，只要破坏了有机物中的C-N键和C-S键，那么臭味将大大降低或消失。这也许是我们经常听到的UV光解对恶臭效果较好的原因。

如果UV光解设备，没有配备光催化剂，假设只通过臭氧来氧化VOCs。以甲苯为例，假设甲苯浓度为10ppm（41mg/m3），风量为10000m3/h。通常来说臭氧中只有一个活性氧[O]，如果按照如下化学计量反应：

C7H8(甲苯)+18O3=7CO2+H2O+8O2

假设臭氧全部利用，不发生逃逸。那么10ppm甲苯，需要180ppm的臭氧（O3），即385mg/m3。

一个做UV光管的老总前几天告诉我，185nm的UV光管，每瓦每分钟产生0.1mg臭氧，也就是每瓦每小时产生6mg臭氧。即1m3/h气体需要配置64W功率的UV光管（假设出生臭氧是线性的）。如果处理1000m3/h，需要64KW的光管，这样的能量消耗已经非常大了。如果采用电晕放电法臭氧发生器，文献上查到的数据是1000g臭氧耗能7500W，是1m3/h需要那么2.9W，1000m3/h只需要2.9KW。也就是说，如果仅仅利用了UV光的臭氧，那么效率是非常低下的。

假如按照如下化学计量发生反应：

C7H8(甲苯)+6O3=7CO2+H2O

那么处理1000m3/h的有机废气，前者需要21.3KW（即使这样实际中也是不可能，后者需要0.97KW。

还有一个可能是，如果有机物的键（C-C，C-H键）能够被UV光打断，是否能直接能与氧气发生反应生成CO2和H2O。那么，如果这种方式成立的话，就不需要前面所讲的光催化剂了，可见被UV打碎的有机分子，是不容易和氧气反应生成CO2和H2O。即使这个过程成立，那么打碎有机分子也是需要能量的，由于计算难度太，这里无法给出定量的数据了。

由于这个领域的相关科学论文还比较缺少，我认为需要更多的研究来提高该领域的应用水平。本人认为，提高UV光解的效果，将氧气引入（参与）反应是至关重要的，同时需要光催化剂相配合。如果只是臭氧参与反应，那么用185nm光产生臭氧是非常不经济的，应该用最为经济的电晕放电法臭氧发生器来提供臭氧。此外，如果配合及其他催化剂来活化氧气分子，让活化的氧气分子与解离的有机物反应，摆脱对臭氧的依赖，达到消除VOCs，才是高效低能耗的好方法。

原标题：UV光解处理VOCs技术的探讨

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