光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的分析研究

楊玉峰++葛海泉

摘 要：近幾年，我國(guó)化工企業(yè)的建造進(jìn)入了一個(gè)快速興起的階段。不過需要注意的是，很多相應(yīng)的工業(yè)企業(yè)對(duì)環(huán)保缺乏有力的投資，使得大量工業(yè)有機(jī)廢氣被排放出去，嚴(yán)重危害了地球的大氣環(huán)境，威脅到人類的身體健康，更給我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。我們需要加大力度對(duì)相應(yīng)的有機(jī)廢氣進(jìn)行治理。針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理，主要是治理工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢氣，下面詳細(xì)介紹了如何利用光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

關(guān)鍵詞：有機(jī)廢氣；紫外光；廢氣處理；活性材料

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.105

針對(duì)有機(jī)廢氣的處理，國(guó)際上很早之前就已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究，并提出了很多科學(xué)、有效的控制技術(shù)。例如研究較多且正在廣泛應(yīng)用的冷凝法、吸收法和熱破壞法等。不過近幾年，有關(guān)處理有機(jī)廢氣的技術(shù)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的控制技術(shù)，目前這些新型技術(shù)包括光催化氧化法、生物膜法、等離子體分解法等。

其中，在治理有機(jī)揮發(fā)性廢氣方面，光催化氧化法是一種相對(duì)優(yōu)良的方式，其有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，例如效益高、能耗小、不會(huì)出現(xiàn)二次污染的情況等。本文針對(duì)有機(jī)廢氣處理的科學(xué)措施，重點(diǎn)為大家介紹了有關(guān)光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的內(nèi)容。

1 揮發(fā)性有機(jī)廢氣的特征與處理

針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理，主要是治理工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，對(duì)其做吸附、凈化、過濾等處理，將原本的廢氣轉(zhuǎn)化為無害無毒的小分子的過程。現(xiàn)在我國(guó)化工工業(yè)領(lǐng)域所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣有很多種類，其中主要包括甲醛、乙酸乙酯、丙烯酸、漆霧、苯乙烯等等。這些氣體具有容易溶于有機(jī)溶劑、容易燃燒爆炸、不好處理、難溶于水等特點(diǎn)。

2 利用光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣

伴隨著我國(guó)社會(huì)主義科學(xué)技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有關(guān)化工企業(yè)的建造也進(jìn)入了一個(gè)快速興起的成長(zhǎng)階段，但隨之而來的是有關(guān)企業(yè)環(huán)保問題的日益突出，相應(yīng)的企業(yè)公司對(duì)環(huán)保缺乏有力的投資，從而促使大量工業(yè)有機(jī)廢氣被排放出去，嚴(yán)重威脅到人類的身體健康，更是給我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。所以我們有必要加大處理有機(jī)廢氣的力度。

2.1 揮發(fā)性有機(jī)廢氣的凈化

揮發(fā)性有機(jī)廢氣中包括某些酸性氣體。這些酸性氣體不僅會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)設(shè)備的使用壽命減少，還可能會(huì)大幅度降低光催化氧化的效率。由此可知，我們有必要對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣作好預(yù)處理，把其中包含的酸性氣體進(jìn)行剔除，然后再將剩余氣體輸入凈化設(shè)備中。因?yàn)樗嵝詺怏w大部分都有易溶于水的特質(zhì)，所以對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣作的預(yù)處理可以用水洗裝置來進(jìn)行。其處理的具體流程為以下幾步：①揮發(fā)性有機(jī)廢氣收集；②揮發(fā)性有機(jī)廢氣經(jīng)過水洗裝置做預(yù)處理；③揮發(fā)性有機(jī)廢氣經(jīng)過凈化設(shè)備進(jìn)行光解、催化；④氣體各指標(biāo)達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。

2.2 揮發(fā)性有機(jī)廢氣的光催化氧化

在治理有機(jī)揮發(fā)性廢氣方面，光催化氧化是一種新型且優(yōu)良的處理方式。該處理方式主要是經(jīng)過UV紫外光照射相應(yīng)的光催化劑，導(dǎo)致其生出高能電荷-電子空穴對(duì)，同時(shí)在空氣中的O2、H2O等物質(zhì)的作用下，促使有機(jī)揮發(fā)性廢氣借助催化劑表面進(jìn)行催化，轉(zhuǎn)化為CO2、H2O與其他各種無機(jī)小分子物質(zhì)等。該光催化氧化的反應(yīng)過程具體如下方程式所示（以TiO2為例）：

Hv+TiO2→h++e-

O2ads+Ti3+→O2ads-+Ti4+

OH-+h+→OH

O2ads→2Oads

Ti4++e-→Ti3+

O2ads+Ti3+→Oads-+Ti4+

將廢氣輸入光解催化凈化設(shè)備中進(jìn)行光解、催化氧化。其中，光解主要是將空氣里的氧氣經(jīng)過高能UV紫外線進(jìn)行分解，使其分解為游離態(tài)的氧，因?yàn)槠湔?fù)電子不處于平衡狀態(tài)，所以其非常容易與氧分子結(jié)合，從而轉(zhuǎn)化為臭氧（O3），具體的過程如下化學(xué)方程式所示：

O2+UV→O（游離態(tài)）+O-

O2+O（游離態(tài)）→O3

O3的強(qiáng)氧化作用可以導(dǎo)致廢氣被分解。將紫外線放電管安裝在UV高效設(shè)備里面，其所產(chǎn)生的光子能量能夠高達(dá)647 kJ/mol或是642 kJ/mol。這么高的光子能可以將小于該能量的廢氣分子鍵快速裂解，促使這些廢氣轉(zhuǎn)化成無機(jī)小分子物質(zhì)。具體如下表1所示。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間研究，有機(jī)揮發(fā)性廢氣在納米級(jí)別的活性材料以及紫外光能量的共同作用下，可以在短時(shí)間內(nèi)被充分分解，其分解時(shí)間可達(dá)2～3 s。將納米級(jí)別的活性材料加入到治理廢氣的凈化設(shè)備中，并用紫外線對(duì)其進(jìn)行照射。因?yàn)榇罅康墓饽芸梢员焕锩娴幕钚圆牧纤?，同時(shí)生成h+（空穴）與e-（電子），而其所生成的e-和h+具備相應(yīng)的氧化還原能力，能夠與O2、H2O反應(yīng)快速生成·O2-（超級(jí)陰氧離子）和·OH（氫氧根自由基），這兩者有著非常高的氧化能力?！H能夠?qū)⒂袡C(jī)揮發(fā)性廢氣中的電進(jìn)行氧化，具有非常強(qiáng)的氧化電位能力，可以促使無光吸收能力物質(zhì)的氧化分解。

3 結(jié)束語

本文為大家詳細(xì)講解了利用光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的分析研究?jī)?nèi)容，例如揮發(fā)性有機(jī)廢氣的特征、對(duì)其進(jìn)行治理的詳細(xì)過程，包括發(fā)性有機(jī)廢氣收集、水洗裝置預(yù)處理、凈化設(shè)備光解-催化、達(dá)標(biāo)后的氣體排放。還簡(jiǎn)單闡述了常見分子鍵結(jié)合能量、常見有機(jī)揮發(fā)性廢氣分子間鍵結(jié)合能和生成物等。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇偉健，徐綺坤，黎碧霞，等.工業(yè)源重點(diǎn)行業(yè)VOCs治理技術(shù)處理效果的研究[J].環(huán)境工程，2016（S1）.

[2]蘇孝文.Pd/CexCu1-xO2-δ-Y2O3整體式催化劑的制備及其VOCs氧化性能研究[D].金華：浙江師范大學(xué)，2009.

[3]陳江耀，李建軍，廖東奇，等.生物滴濾塔耦合光催化氧化技術(shù)處理電子垃圾拆解車間排放廢氣的中試研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014（05）.

〔編輯：王霞〕