去除VOCs方法的研究進展

劉坤

（安慶師范大學資源環(huán)境化學化工學院，安徽 安慶246000）

目前，全世界范圍內的環(huán)境問題主要表現(xiàn)為水體污染、酸雨蔓延、森林銳減、危險性廢物越境轉移、溫室效應、生物多樣性的減少、土地沙漠化、臭氧層的損耗和破壞以及由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物組成的霧霾等問題。近幾年來，我國霧霾問題突出，京津冀地區(qū)尤其嚴重，而揮發(fā)性有機污染物就是霧霾中很重要的成份。因此，如何去除揮發(fā)性有機污染物是學者們正在研究的問題。

1 光催化降解

1.1 去除方法

目前，國內去除VOCs的研究有光催化降解、催化燃燒等方法。

光催化降解由于反應條件溫和，適宜于降解有機揮發(fā)性物質（VOCs）。為了提高可見光的利用率和自然光照下對VOCs的光催化降解速率，王敏等[1]采用陽極氧化法+電沉積法制備了摻雜Cu2O的復合鈦納米管陣列（TNAs），研究表明，Cu2O和O2對 TNAs光催化降解VOCs有協(xié)同作用。

Yamazaki-Nishida等[2]通過溶膠-凝膠技術將TiO2固定在玻璃小球上，紫外光照射8 min后即達到穩(wěn)定狀態(tài)，三氯乙烯轉化率可達99.3%。雖然光催化降解是很有效的方法，但是由于光催化降解過程中存在未完全氧化產物,它們的毒性很大，而且催化劑易失活，所以有必要考慮到產物問題以及提高光催化劑的活性。胡春等[3]采用了光催化沉積的方法,將貴金屬鉑、金和鈀負載在TiO2/Silical gel（TSO）表面,研究了光催化沉積過程中對乙烯的去除,沒有副產物形成。

劉霄龍等[4]利用浸漬法合成V2O5/TiO2催化劑，用于去除VOCs中具有毒性大、難降解特點的氯代揮發(fā)性有機物（CVOCs）。劉楠等[5]利用光催化-吸收法研發(fā)出光催化－噴淋吸收耦合凈化裝置，并用此裝置進行性能研究發(fā)現(xiàn)，此裝置對于甲苯、乙酸乙酯的降解效率分別達到52.82%、63.99%。采取催化氧化方法時需要熱量，而傳統(tǒng)的電加熱存在熱量不能及時散發(fā)、升溫和降溫過程緩慢等缺點，從而降低了催化劑活性和VOCs的去除效率。所以張浩[6]采用了微波加熱的方法，微波加熱具有啟動快、加熱均勻等優(yōu)點，但微波加熱具有選擇性，能夠引起微波電磁損耗的材料才會被加熱，所以對于催化劑的選擇很重要。

1.2 催化燃燒

陳彥廣等[7]發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦具有消耗量低、結構穩(wěn)定、催化活性較高等特點，所以在催化VOCs領域得到了大量的關注。鈣鈦礦氧化物可作為具有高效催化活性的功能性催化材料用于VOCs的催化燃燒。Fires等[8]提出了吸附-流向變換催化燃燒藕合技術，用于處理超低濃度的VOCs廢氣（小于100 mg/m3），通過吸附劑將VOCs濃縮、富集、脫附后再進行催化燃燒，但催化燃燒處理技術的核心是高性能催化劑的開發(fā)。隨著去除VOCs研究的不斷深入，研究者紛紛把目標放在了分子篩作為催化劑的研究上。結合沸石轉輪與蓄熱式燃燒（RTO）或催化燃燒(RCO）的VOCs處理技術已日益被人們關注。分子篩是沸石轉輪技術的核心材料，不同類型的分子篩因具有不同的結構特性，應用領域也有較大差異。Taralunga M等[9]制備了以酸性分子篩HFAU為載體的Pt催化劑，并以氯苯為實驗氣體考查其催化性能，結果表明，分子篩催化劑催化燃燒性能優(yōu)于傳統(tǒng)的氧化物載體Pt/Al2O3和Pt/SiO2，而且采用Pt/HFAU所產生的PtCl2中間產物最少，催化性能最高。分子篩具有較強的酸性，提高了催化劑的催化活性，而且分子篩載體本身具有較強的選擇性，能把副產物吸附在載體上，從而減少副產物的生成。而高硅分子篩因其具有疏水性好、穩(wěn)定性高的特點，引起了研究者們的注意，認為它是吸附VOCs的理想吸附劑。呂雙春等[10]利用高硅分子篩的合成，探究硅鋁比對催化劑性能的影響。Li和Armor等[11]采用離子交換法制備了Pd/HZSM-5、Pd/MOR、Pd/Al2O3催化劑并考查其對甲烷的催化活性，結果顯示，負載型Pd/分子篩催化劑具有更高的催化活性，所以目前國內外針對分子篩去除VOCs的研究主要集中在ZSM-5[12-15]。李翠紅[16]對其表面進行改性，研究了對甲醛吸附性能的影響，結果表明，對VOCs分子進行吸附時，要考慮孔徑的影響。薛曉敏[17]選擇HZSM-5分子篩為載體,比較系統(tǒng)地研究了硅鋁比對HZSM-5及其負載CeO2催化劑催化氧化性能的影響，并且利用過渡金屬Cr、Fe等對其進行改性，研究其對VOCs中的氯代烴類的催化降解效果。王欞[18]同樣選擇ZSM-5分子篩作為催化劑，分別用浸漬法將單金屬Co、Mn以及雙金屬Co和Mn對分子篩進行改性，用催化燃燒法對VOCs中的異丙醇進行處理。肖麗[19]選擇鈣鈦礦催化劑為活性組分，分子篩類多孔材料為載體，采用等體積浸漬法制備負載型催化劑，研究分子篩負載型Pd/La0.8Ce0.2MnO3催化劑對催化燃燒VOCs性能的影響，結果表明，ZSM-5、MCM-41等分子篩載體可以作為鈣鈦礦型活性組分的良好載體，催化劑具有完整的鈣鈦礦結構，適量的Pd摻雜顯著提高了催化劑的催化性能。Hicham Zaitan等[20]在研究催化劑ZSM-5對于VOCs的處理效果中加入了臭氧，保持了ZSM-5的活性，其中臭氧起到氧化再生吸附還原的作用。Abdul Aziz等[21]在催化劑的持久性研究中，在催化劑制備時，采用紫外預處理，運用四步循環(huán)（吸附-氧化-再生-吸附循環(huán)），結果使得催化劑有很高的持久性。所以在研究催化劑的性能時，不僅考慮金屬改性，還可以考慮加入一些物質對催化劑或者催化過程進行影響，對催化劑性能提高也會有幫助。

2 結論

目前，去除揮發(fā)性有機污染物（VOCs）主要方法是光催化降解和催化燃燒，催化劑的性能影響很大。除了貴金屬催化劑和金屬氧化劑催化劑外，最主要的就是分子篩催化劑，改性分子篩催化劑，使之具有更大的催化性能、更寬的溫度窗口、低溫活性以及高選擇性等特點，為進一步研究提供方向。