VOCs 光催化氧化技術(shù)在印刷行業(yè)中的應(yīng)用

崔建蔚

（太原市華特森環(huán)境技術(shù)有限公司，山西 太原 030024）

VOCs，簡單的說，就是在常溫常壓下具有揮發(fā)性的所有有機化合物的總稱。不僅本身對環(huán)境和人體健康有害，而且可以在光的作用下發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)生成二次污染物PM2.5 和O3，對人體和環(huán)境產(chǎn)生更大的危害，是影響空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)的重要因素。

1 光催化氧化技術(shù)概述

光催化氧化技術(shù)工作原理就是利用特制的高能高臭氧UV 紫外線光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣，使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物。如CO2、H2O 等。紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進而產(chǎn)生臭氧。臭氧對有機物具有極強的氧化作用，工業(yè)廢氣利用排風設(shè)備輸入到凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運用高能UV 紫外線光束及臭氧對工業(yè)廢氣進行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使工業(yè)廢氣物質(zhì)其降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風管道排出室外。光催化反應(yīng)主要在催化劑表面進行，借助半導(dǎo)體光催化劑對一定波長內(nèi)的光響應(yīng)性能進行反應(yīng)，利用光子的作用，改變還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)。常用的光催化氧化催化劑一般為二氧化鈦，利用二氧化鈦進行光催化時，二氧化鈦接受特定波長的光子后，對其全部吸收，產(chǎn)生帶有負電的光生電子，與吸附在表面的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2 光催化氧化技術(shù)在包裝紙箱印刷中的應(yīng)用

VOCs 是形成細顆粒物（PM2.5） 和臭氧（O3）的重要前體物，對氣候變化也有重要影響。VOCs不僅廣泛產(chǎn)生于各個工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)制造中，而且可以從任何生產(chǎn)設(shè)備的開口和隙縫中泄漏到空氣中，來源非常廣泛。而相對于顆粒物、二氧化硫、氮氧化物污染控制，我國VOCs 管理基礎(chǔ)薄弱，已成為大氣環(huán)境管理短板。通過對京津冀及周邊地區(qū)源解析分析，現(xiàn)階段有機物（OM） 是PM2.5最主要組成部分，其中二次有機物占OM 比例為30%～50%，主要來自VOCs 轉(zhuǎn)化生成；同時也是O3生成的主控因子。由于VOCs 對環(huán)境造成的影響越來越顯著，生態(tài)環(huán)境部先后出臺了《涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB37824-2019）及《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》（GB37822-2019），山西省出臺了《山西省重點行業(yè)揮發(fā)性有機物（VOCs） 2017 年專項治理方案》中包裝印刷排放標準，排放標準見表1。

表1 有組織源排放參考限值

在包裝紙箱印刷行業(yè)油墨通常使用醇、芳烴等揮發(fā)性物質(zhì)作為溶劑或稀釋劑，在使用過程中作為溶劑的VOCs 氣化進入大氣中。為了遏制VOCs 對大氣的影響我國出臺了相關(guān)政策，提倡從源頭替代。通過使用水性、植物基等低VOCs含量的油墨，從源頭減少VOCs 的產(chǎn)生，但并不能完全消除VOCs 的排放。山西省太原市清徐縣某包裝紙箱印刷企業(yè)生產(chǎn)食品用包裝紙箱，在外購的三層瓦楞紙板上印刷所包裝產(chǎn)品的相關(guān)文字及圖案，印刷完成干燥后，裁剪成客戶所需的規(guī)格和大小出廠。由于環(huán)保要求及油墨的更新?lián)Q代，該企業(yè)采用水性油墨進行印刷生產(chǎn)，水性油墨是指采用水并加入少量乙醇作為稀釋劑，采用苯乙烯-丙烯酸酯類或松香酯類等水溶性樹脂作為連接劑，并加入適量的顏料和助劑。該企業(yè)所使用的水性油墨成分包括25%的苯乙烯-丙烯酸樹脂，30%的水，10%的乙醇，20%的顏料，10%的三乙胺，5%的消泡劑等其他助劑，生產(chǎn)設(shè)備為2400 型水墨印刷成型機，油墨為水性油墨，印刷采用柔版印刷。在印刷過程中，苯乙烯-丙烯酸樹脂會散發(fā)出氣味，乙醇和三乙胺會揮發(fā)出VOCs，因此，在包裝印刷過程中采用合理的處理設(shè)施顯得尤為重要。由于印刷油墨質(zhì)量的改進及溶劑成分的改變，采用水性油墨的凸版印刷工序排放的VOCs 濃度較低，一般在50～400mg/m3之間，因此對VOCs 的收集極為重要，在印刷輥筒上方設(shè)置密閉集氣罩，盡可能將揮發(fā)出的有機廢氣完全的收集進入處理設(shè)施，經(jīng)處理后通過15米的排氣筒排放。為了保證最佳的處理效果并保證異味的不逸散，在光催化氧化實施后附加活性炭吸附，凈化效率可達90%以上。不同排放濃度的VOCs 有相應(yīng)的處理方法，光催化氧化技術(shù)并結(jié)合活性炭吸附通常應(yīng)用于低濃度有機廢氣及惡臭異味的處理，可以達到良好的處理效果并滿足排放標準的要求，且工程造價在企業(yè)可接受的合理范圍內(nèi)。

3 總結(jié)

VOCs 光催化氧化技術(shù)適宜于處理低濃度有機廢氣，即使企業(yè)有機廢氣在極低的濃度下仍然可以達到良好的處理效果，處理后廢氣濃度甚至可以在1mg/m3以下。企業(yè)在考慮環(huán)保設(shè)施有效性的同時也遵循經(jīng)濟適用原則，光催化氧化技術(shù)在處理低濃度有機廢氣時，其反應(yīng)條件溫和易控，效率高，降解能力強，而投入成本比較低，同時能源消耗小，并且操作簡單，在大氣污染治理中得到普遍應(yīng)用。綜上所述，光催化氧化技術(shù)并結(jié)合活性炭吸附處理有機廢氣可以達到理想的處理效果，投資小，運行穩(wěn)定，對仍在研發(fā)改進階段的低VOCs 油墨是行之有效的處理方法。