低溫等離子體處理VOCs技術(shù)及未來發(fā)展

李 雨

（廣東環(huán)協(xié)科技咨詢開發(fā)中心 廣東廣州 510045）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會的日益發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)活動持續(xù)繁榮，伴隨而來的是大范圍的大氣環(huán)境污染，其中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物）以其存在的廣泛性和對人體健康的危害性被廣泛關(guān)注，并被列為防控重點(diǎn)，VOCs一般產(chǎn)生于石油化工、涂料油墨生產(chǎn)、建筑裝修等行業(yè)。VOCs濃度過高易引起人體急性中毒，長期暴露在VOCs環(huán)境中易引發(fā)頭暈、惡心、呼吸系統(tǒng)受損等慢性病。同時，由于VOCs的特殊性，控制VOCs一向是環(huán)保治理的難點(diǎn)，處理VOCs目前仍未有效果很好的環(huán)保技術(shù)。

1 揮發(fā)性有機(jī)物概述

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的定義，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是指室溫下飽和蒸氣壓超過133.322Pa，沸點(diǎn)在50℃至260℃的易揮發(fā)的有機(jī)物，由于其較容易揮發(fā)，對大氣環(huán)境和人體健康的影響尤其嚴(yán)重，VOCs種類繁多，常見的包括：苯系物、醛類、醇類、酯類、醚類、烷烴類等。VOCs的控制難點(diǎn)是較難降解，同時無組織排放的情況較多。

低溫等離子體技術(shù)處理VOCs具有效率高、能耗低、處理量較大、環(huán)保設(shè)施壽命較長，無二次污染的特點(diǎn)，因此是VOCs治理領(lǐng)域的理想技術(shù)，已成為目前較多專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。

2 低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣

2.1 低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣反應(yīng)機(jī)理

一般認(rèn)為，等離子體是除了物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外的第四態(tài)，其本質(zhì)，是在外力的作用下，激發(fā)產(chǎn)生的自由基、離子、電子和中性粒子的集合。根據(jù)等離子體本身的熱力學(xué)平衡特征和溫度特征，將其分為熱力學(xué)平衡態(tài)和熱力學(xué)非平衡態(tài)，也即高溫等離子體和低溫等離子體。由于高溫等離子體在處理廢氣污染物時需要消耗的能量較大，且激發(fā)污染物沒有選擇性，實(shí)用性較低，因此一般沒有應(yīng)用在VOCs處理領(lǐng)域。相比較而言，低溫等離子體對污染物的激發(fā)具有選擇性，耗能低，其所帶的粒子能量較高，是VOCs治理的合適選擇，因此被廣泛應(yīng)用和研究。目前低溫等離子體主要通過放電產(chǎn)生，如介質(zhì)阻擋放電、電暈放電等。

低溫等離子體技術(shù)處理VOCs的機(jī)理一般認(rèn)為是低溫等離子體中的帶有較高能量的電子、離子、自由基等活性物質(zhì)與VOCs分子產(chǎn)生非彈性碰撞，再通過一些列的物理化學(xué)、氧化還原、激發(fā)電離等作用，使有毒有害的VOCs轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害的物質(zhì)，將大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，從而達(dá)到處理VOCs的效果。

2.2 低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的研究情況

低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣研究目前主要集中在以下三個方面：一是探討不同的放電方式對低溫等離子體技術(shù)處理VOCs的影響；二是對低溫等離子體技術(shù)處理VOCs中的特定物質(zhì)的效果比較；三是低溫等離子體與催化劑協(xié)同處理VOCs研究。翁棣等人采用脈沖混合電暈放電，在載氣流量為0.15L/min，空氣流量為70L/h的條件下，去除苯的效率可達(dá)到80%以上；馮春楊等人采用脈沖電暈放電，處理流量為1620ml/min，濃度為76.8mg/m3的苯，去除率可達(dá)到60%以上。有的學(xué)者研究表明，在介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體的作用下，與CoMnOx/ZSM-5催化劑協(xié)同處理甲苯，在氣體流蘇為500mg/min，濃度范圍在0至100ppm的條件下，低溫等離子體與催化劑協(xié)同作用處理甲苯的去除率可達(dá)到90%以上；同樣是介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體，與Co-Mn/Al2O3催化劑協(xié)同處理甲苯的去除率可達(dá)到100%。

2.3 低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的影響因素

從低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的研究中可以看出，不同的放電形式，產(chǎn)生的等離子體的組分不同，對VOSs的處理效果存在差異；不同的污染物種類，其對等離子體中的活性粒子的響應(yīng)程度也不盡相同，因此在處理效果上有高有低；與不同的催化劑協(xié)同作用，由于不同催化劑的催化與等離子體的耦合效果不同，其對VOCs的處理能力也不同。由上可知，放電形式、污染物種類和協(xié)同處理的催化劑種類均是低溫等離子體處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的影響因素。當(dāng)然，除此之外，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、氣壓、進(jìn)氣流量、進(jìn)氣負(fù)荷等都會影響低溫等離子體處理VOCs的效果，這就要求我們在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中更好地摸清其中的規(guī)律和主次要因素。

結(jié)語

本文介紹了低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣的基本概念、反應(yīng)機(jī)理和目前的研究現(xiàn)狀，探討了影響處理效率的主要因素。目前來說，低溫等離子體技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣目前仍屬于較新的環(huán)保治理技術(shù)，實(shí)驗(yàn)研究的多，實(shí)際應(yīng)用的少，之后的研究方向，筆者認(rèn)為應(yīng)該著重深入分析低溫等離子體處理VOCs的化學(xué)機(jī)理，并從放電方式、污染物種類、協(xié)同處理等角度探討提高低溫等離子體處理VOCs的途徑。

[1]翁棣等.脈沖電暈法處理VOCs的研[M].浙江大學(xué)，2010.

[2]馮春楊等.脈沖電暈技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)化合物的應(yīng)用研究[J].中國工程物理研究院北京研究生部，2003.

[3]宋華，王保偉，許根慧.低溫等離子體處理揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2007，24（4）：356-361.