挥发性有机物处理技术研究现状与进展

2.3光催化降解法

光解法是指光照条件下氧化吸附在光催化剂表面的目标污染物，将之氧化分解成CO2和H2O，以实现VOCs的降解。光催化剂受到光照时会发生电子(e－)跃迁现象，电子(e－)从低能价带(VB)跃迁到高能导带(CB)，而低能价带(VB)由于缺少电子形成电子空穴(h+)。

光催化剂表面吸附着O2和H2O时，电子空穴将与光催化剂表面的H2O反应生成羟基自由基(·OH)，还与氢氧根离子(OH－)结合形成羟基自由基(·OH)。

光生电子会与O2发生反应生成超氧负离子自由基(·O－2)，超氧负离子自由基(·O－2)与氢离子(H+)结合形成超氧化氢自由基(HO2·)，超氧化氢自由基(HO2·)接着进行一系列反应生成O2、氢氧根离子(OH－)和羟基自由基(·OH)。VOCs会与上述反应中生成的自由基进行反应。

TiO2、Fe2O3、ZnO、CdS、WO3、SnO2、ZrO2是目前工业领域常见的几种光催化剂，其中TiO2活性高、价格低廉、反应条件稳定、无毒无害等优点使之具有广泛的应用，但其也具有对可见光利用率低等缺点。

因此，科研工作者经常对其进行改性处理，常见的改性方法有金属掺杂、非金属掺杂、贵金属沉积、复合半导体、表面光敏化、TiO2固定化。表2罗列了几种改性后的TiO2基催化剂对VOCs的处理效果。

表2不同方法的光催化剂处理VOCs的效果比较

2.4低温等离子体法

低温等离子体法是利用高能电子或自由基与有机废气发生反应生成CO2和H2O的过程，高能电子与VOCs发生非弹性碰撞，使分子断裂而分解;同时高能电子激发产生·OH和·O等自由基，并与VOCs分子发生反应，从而使VOCs降解去除。该法处理效果好，适用于处理中低浓度的废气，但能耗较高，降解过程中容易造成二次污染。

Filatov等采用脉冲电晕法处理混合有机废气，考察了混合物中成分浓度与放电能量的关系，挑选了降解时逐步改变结构的挥发性有机物(己烷、苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙腈)便于评估特定官能团的影响。研究发现，C—H键的数量越多，化合物的稳定性越低;腈基和羰基的存在会增加化合物的稳定性。

姜华东证明了相对于普通交流电源，脉冲调制电源能有效降低能耗，提高能量利用率;并考察了脉冲调制等离子体对苯、甲苯以及二者混合气体降解效果的影响，试验证明混合后苯的降解率明显降低，而甲苯的去除率在混合前后基本保持不变，说明降解过程中苯易受到混合VOCs物质的干扰。

3复合型净化处理技术

近年来，单一的有机废气处理技术已经满足不了市场的要求，因此寻求多种处理技术联用成为研究热点。赵坤等考察了负载型催化剂联合低温等离子体对甲苯去除效率的影响。

结果表明，相同载体条件下，对甲苯的去除效率依次为MnOx/CuOx＞MnOx/CuOx/CeOx＞MnOx＞无负载，其中负载型催化剂MnOx/CuOx/γ－Al2O3稳定后对甲苯的去除效率高达80%。Schiavon等探讨了低温等离子体协同生物过滤处理挥发性有机物技术，考察了不同流量下，能量密度对有机废气去除效果的影响。

刘楠等提出光催化－喷淋吸收耦合技术处理家具制造企业涂装过程产生的含挥发性有机物(VOCs)废气，试验表明该装置处理甲苯、乙酸乙酯的降解效率分别达到52.82%、63.99%。

目前应用比较多的复合型工艺有冷凝和吸附集成技术、光催化－吸收技术、水喷淋联合活性炭吸附法、低温等离子体协同催化技术等。表3是近几年低温等离子体协同催化氧化甲苯的效果比较。

表3不同催化剂下等离子体氧化甲苯的效果比较

4结语

综上所述，在选择VOCs处理技术时，要考虑其本身的性质，根据VOCs的浓度、气体流量、净化要求等因素选择合适的净化技术。虽然复合型净化处理技术处理效果更好、范围更广，但存在一次性投资较大，操作复杂等问题。怎样在保证高效降解条件下，进一步降低运行费用、简化操作是今后的研究重点之一。

其中低温等离子体协同催化技术今后的研究方向可能集中在以下几个方面:①根据待处理废气的特性选择合适的放电形式;②不断改进和优化反应器结构、放电参数，选取适宜的背景气体;③研制性能更好的催化剂。

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