揮發(fā)性有機(jī)物新治理技術(shù)研究進(jìn)展

摘 要：揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）對(duì)人體和環(huán)境的危害極大，研究VOCs治理技術(shù)具有重要意義。在揮發(fā)性有機(jī)物的種類、排放來源、危害和VOCs常用控制技術(shù)基礎(chǔ)上，文章介紹低溫等離子體技術(shù)、光催化技術(shù)和膜分離技術(shù)三種新技術(shù)的現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。目前新技術(shù)都取得一定的研究結(jié)果，但是對(duì)于不同行業(yè)的VOCs，單一處理技術(shù)仍然存在一些問題。因此，工業(yè)上常將多種VOCs治理技術(shù)組合使用。VOCs組合技術(shù)在治理大氣污染具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物；VOCs治理技術(shù)；低溫等離子體技術(shù)；光催化技術(shù)；膜分離技術(shù)

1 概述

隨著我國工業(yè)化的迅速推進(jìn)，各種環(huán)境問題日益突出，其中揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱VOCs）的污染得到廣泛關(guān)注。根據(jù)世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)的定義，VOCs是指沸點(diǎn)在50℃-250℃的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物[1]。

VOCs排放來源廣泛，且對(duì)人體和環(huán)境的危害極大，它們通過呼吸道和皮膚進(jìn)入人體后，能導(dǎo)致人體的肝、腎和神經(jīng)中樞等形成暫時(shí)性和永久性的病變，有些會(huì)產(chǎn)生“三致”效應(yīng)。VOCs污染已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。因此，VOCs治理對(duì)于保護(hù)環(huán)境、國民健康和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，都具有重要意義。

2 VOCs處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

目前，VOCs治理技術(shù)主要有兩類：第一類是預(yù)防性措施，以更換設(shè)備、改進(jìn)工藝等為主。第二類是控制性措施，以末端治理為主?，F(xiàn)階段末端控制技術(shù)是VOCs污染控制的重要手段，包括回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。回收技術(shù)主要采用物理方法，包括吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)、膜分離技術(shù)等。銷毀技術(shù)主要采用化學(xué)和生物的方法，包括熱力焚燒技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、生物技術(shù)等、低溫等離子體技術(shù)、光催化技術(shù)[2]。吸附技術(shù)、熱力焚燒技術(shù)和催化燃燒技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)治理技術(shù)。低溫等離子體技術(shù)、光催化技術(shù)和膜分離技術(shù)是近年發(fā)展的新技術(shù)，文章就這些新技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展加以介紹。

2.1 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)是指在外加電場(chǎng)作用下，通過高壓脈沖放電在常溫下產(chǎn)生大量的高能電子、離子和自由基等活性粒子，進(jìn)而與VOCs分子作用而電離、離解或激發(fā)VOCs分子發(fā)生一系列的復(fù)雜的等離子體物理和化學(xué)反應(yīng)，使VOCs降解為CO2和H2O。目前，低溫等離子體技術(shù)按放電形式可分為電子束照射法、介質(zhì)阻擋放電法和電暈放電法等技術(shù)[3]。各種放電形式獲得的高能電子的能量分布和能量密度差別很大。但由于低溫等離子體技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，因此該技術(shù)也成為VOCs治理技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。目前，研究者利用低溫等離子體技術(shù)降解乙烯、庚烷、三苯等有機(jī)廢氣，均具有良好的脫除率。但低溫等離子體技術(shù)還存在不足之處：（1）臭氧問題，腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境；（2）X射線輻射作用；（3）無選擇性，高能電子會(huì)降解N2和CO2，浪費(fèi)資源；（4）設(shè)備要求高，投入成本高，運(yùn)行功耗高且不穩(wěn)定。因此，等溫等離子體治理VOCs基本還處于實(shí)驗(yàn)室階段，工業(yè)運(yùn)用相對(duì)很少。

2.2 光催化技術(shù)

近幾年，光催化技術(shù)成為VOCs治理的研究熱點(diǎn)。光催化技術(shù)是利用具有光催化活性的半導(dǎo)體催化劑與VOCs分子接觸，在光照條件下光催化劑產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光致空穴具有很強(qiáng)的氧化性，能將其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH·，利用OH·強(qiáng)氧化性將VOCs降解為CO2、H2O和無機(jī)小分子物質(zhì)[4]。

光催化技術(shù)的核心是光催化劑。目前常用的光催化劑分為兩類，一類是TiO2基光催化劑，主要是指純TiO2和改性的TiO2[5]。另一類是非TiO2體系，比如ZnO、CdS和WO3等。其中TiO2基光催化劑運(yùn)用最廣泛，其來源廣、化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性高，沒有毒性。光催化的研究?jī)?nèi)容涉及光催化劑的制備、光催化作用機(jī)理研究、光催化技術(shù)的工程化、光催化技術(shù)的各種應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)等等從基礎(chǔ)到應(yīng)用研究等方面，并取得了大量的研究成果。但光催化技術(shù)仍存在許多問題需要解決，首先是光催化分解過程中，機(jī)理不明確，通常會(huì)產(chǎn)生有害中間產(chǎn)物，降解不完全可能會(huì)形成二次污染問題。其次是VOCs濃度較低時(shí)，光催化反應(yīng)緩慢，效率較低。同時(shí)，催化劑本身存在量子效率低（不到4%）、固定困難、催化劑能否均勻負(fù)載、催化劑失活等問題，難運(yùn)用于處理數(shù)量大、濃度高的工業(yè)廢氣。因此，目前光催化技術(shù)也是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)治理VOCs與其他膜分離過程一樣，利用天然膜或人工合成膜的穿透、濾過或其他動(dòng)力性質(zhì)不同，將VOCs分子從混合廢氣中分離出來的技術(shù)[6]。

膜元件是膜分離技術(shù)的裝置中心。常用的膜元件包括平板膜、中空纖維膜和卷式膜。其中中空纖維膜和平板膜通常用于分離回收VOCs，但其分離回收效率受多種因素的制約。近幾年，隨著膜材料和膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)在常用的VOCs膜分離技術(shù)有：蒸汽滲透、氣體膜分離和膜接觸器等。

膜分離技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于許多領(lǐng)域。美國 MTR公司結(jié)合壓縮冷凝和膜分離兩種技術(shù)開發(fā)了一種新型的膜集成分離系統(tǒng)來組合實(shí)現(xiàn)分離VOCs。處理后達(dá)標(biāo)的凈化氣排到大氣中；而滲透物流為富集有機(jī)物的蒸汽。膜分離技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單、能耗小、VOCs回收率高、無二次污染等特點(diǎn)，是一種新型高效分離技術(shù)，適用于較高濃度的VOCs分離與回收，一般要求體積分?jǐn)?shù)在0.1%以上。而膜材料是該技術(shù)的關(guān)鍵。膜的材質(zhì)分為有機(jī)膜和無機(jī)膜，其中無機(jī)膜材料的研究與制備是化工和材料科學(xué)熱點(diǎn)課題之一，包括Al2O3、TiO2膜等。目前無機(jī)膜分離技術(shù)工業(yè)化運(yùn)用還需解決一些問題，比如膜材料的穩(wěn)定性和膜反應(yīng)器的密閉性等[7]。

3 結(jié)束語

通過上述VOCs的種類、排放來源、危害和VOCs常用控制技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)低溫等離子體技術(shù)、光催化技術(shù)和膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展介紹得知，這三種新技術(shù)目前都取得了一定的試驗(yàn)成果，有些逐漸由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化運(yùn)用過渡。但是在各個(gè)行業(yè)VOCs種類、成分和性質(zhì)等都有所差異，使用單一的VOCs治理技術(shù)難以達(dá)到高效率，還存在一些有待解決的問題，因而常將多種VOCs治理技術(shù)有機(jī)組合使用，比如吸附催化協(xié)同低溫等離子體、冷凝-吸附濃縮和吸附-焚燒技術(shù)等，這類組合處理技術(shù)具有較強(qiáng)的針對(duì)性和互補(bǔ)性，處理效果遠(yuǎn)優(yōu)于單一治理技術(shù)。因此，新治理技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合形成的組合技術(shù)在治理大氣污染具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，具有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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