染料化工VOCs 廢氣降解催化劑的研究及應(yīng)用

姜興中

(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 引言

我國雖然有很多能夠降解VOCs 廢氣的方法，空氣污染也比之前有了大的改善，但是還需要針對(duì)VOCs 廢氣治理尋找更有效的解決辦法，研究更多合理的VOCs 廢氣解決技術(shù)，減輕廢氣排放的危害。引入催化劑技術(shù)降解染料化工行業(yè)產(chǎn)生的VOCs 廢氣，治理的效果比較突出。

1 染料化工的內(nèi)容

染料化工即化學(xué)染料制造業(yè)，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。我國染料制造主要包括：活性染料、還原染料、分散染料等。在生產(chǎn)這些產(chǎn)品的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生廢氣。染料化工廢氣的主要特點(diǎn)就是VOCs 濃度非常高，里面含有的成分非常復(fù)雜、易燃易爆物質(zhì)較多。廢氣中多含有較難分解的物質(zhì)和一些油狀物質(zhì)，且VOCs 廢氣出現(xiàn)之后還會(huì)和某些芳香烴化合物在陽光下進(jìn)行反應(yīng)形成二次污染，破壞生態(tài)環(huán)境。VOCs 廢氣的出現(xiàn)能夠形成臭氧和PM2.5污染物，是霧霾中的重要角色。

前幾年，全國各地的霧霾事件頻頻發(fā)生，VOCs 廢氣排放量呈直線增長的趨勢。為了進(jìn)一步改善我國的環(huán)境和空氣質(zhì)量，國家十分重視VOCs 廢氣的排放情況，在發(fā)布的《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》中提到一定要有針對(duì)性的使用一些先進(jìn)技術(shù)處理VOCs 廢氣排放，各地方要重視VOCs 廢氣的排放管理，盡量從源頭減少VOCs 廢氣產(chǎn)生，提高空氣質(zhì)量和提升人民生活幸福水平。

2 VOCs控制方法和處理技術(shù)

VOCs 控制方法主要包括以下幾種：源頭削減、過程控制、末端治理。源頭削減就是使用環(huán)保型的原料保證VOCs 不出現(xiàn)泄漏情況，從根源降低VOCs 的排放；過程控制就是在生產(chǎn)過程中增加收集廢氣的設(shè)備，通過減少生產(chǎn)運(yùn)行中的一些無組織排放等手段對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)泄漏的地方進(jìn)行檢測和維修，還可以通過回收的形式減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放；末端治理就是回收和分解已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs。因?yàn)閂OCs 的組成非常的復(fù)雜，所以在處理的時(shí)候需要根據(jù)實(shí)際污染物的特點(diǎn)和排放特點(diǎn)來選擇合適的治理方法。

3 目前我國VOCs廢氣治理情況和存在的問題

3.1 廢物回收利用的冷卻凝固治理技術(shù)

冷卻凝固治理技術(shù)是現(xiàn)在最常見的廢氣治理技術(shù)，主要就是通過氣體變成液體的方式分離廢氣中的有害物質(zhì)和VOCs有機(jī)物，既保證了VOCs 有機(jī)物被回收利用，又能把有害的物質(zhì)處理掉。冷卻凝固治理技術(shù)操作簡單，但是對(duì)于含量低的VOCs 不能用此方法進(jìn)行分離，所以能夠看出冷卻凝固治理技術(shù)不能用在大面積的VOCs 廢氣處理上。

3.2 燃燒毀滅式治理技術(shù)

燃燒毀滅式治理技術(shù)就是通過燃燒的方式分解VOCs 廢氣。在分解的時(shí)候主要有以下幾種方法：(1)直接把VOCs 廢氣當(dāng)作可燃物進(jìn)行燃燒，這種方式的優(yōu)點(diǎn)就是效率快，但是缺點(diǎn)就是對(duì)含量少的VOCs 廢氣不能使用；(2)把VOCs 廢氣當(dāng)作一種輔助材料進(jìn)行使用，通過提高燃燒速度的方式進(jìn)行處理，但是這種方式的缺點(diǎn)就是在使用的時(shí)候會(huì)花費(fèi)很多成本；(3)催化燃燒法：就是通過催化劑的方式進(jìn)行分解，這種方式的優(yōu)點(diǎn)就是能夠減少人力和物力，現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用在降解VOCs 廢氣上。

3.3 水溶解式治理技術(shù)

水溶解式治理技術(shù)就是通過水溶解的方法把一些微生物通過新陳代謝的方式變成無害物質(zhì)，這種方法操作非常方便，但是有一個(gè)缺點(diǎn)就是在使用的時(shí)候會(huì)浪費(fèi)很多水資源，所以只能用于小面積的VOCs 廢氣處理。

4 染料化工VOCs廢氣降解催化劑

上述傳統(tǒng)的VOCs 廢氣處理方法都有一定的缺點(diǎn)。有的處理方法本身可能造成新的污染，有的則是處理效率比較低，難以達(dá)到滿意效果。為了解決這些缺點(diǎn)，人們研究出了運(yùn)用催化劑降解方法來對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化處理。主要的原理就是通過催化劑轉(zhuǎn)化的方法把有機(jī)物轉(zhuǎn)變成無害的二氧化碳和水。

用于染料化工VOCs 廢氣降解的催化劑主要由催化組分和載體兩部分構(gòu)成；催化組分就是第IA 族、第IB 族的混合物，而載體就是一種改性硅藻土。改性硅藻土在制備的時(shí)候主要有以下幾個(gè)步驟：(1)首先把硅藻土在高溫下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間至少在4個(gè)小時(shí)以上，煅燒完成之后在進(jìn)行冷卻處理，冷卻之后還需要用醋酸浸泡18個(gè)小時(shí)，浸泡完成之后進(jìn)行壓榨處理；(2)把椰殼活性炭和吸水樹脂混在一起，變成混合溶液；(3)把碳酸鈉和檸檬酸混合在一起變成另外一種混合溶液；(4)把兩種混合溶液和氧化鋁一種放在水中反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束之后加入準(zhǔn)備好的硅藻土，在超聲波震蕩反應(yīng)中反應(yīng)10分鐘，之后在進(jìn)行離心→分離→洗滌等操作，最后在高溫下進(jìn)行干燥處理。

染料化工VOCs 廢氣降解的催化劑中包括鉀元素、鈉元素、鋯元素、鉬元素等。降解催化劑在制備的時(shí)候需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：首先就是要把需要的物質(zhì)制成溶液之后浸漬改性的硅藻土，浸漬時(shí)間在24小時(shí)左右，然后在高溫下干燥8個(gè)小時(shí)，最后在焙燒5個(gè)小時(shí)就能夠獲得催化劑，主要注意的是把催化劑分配成溶液的時(shí)候需要在室溫下進(jìn)行超聲攪拌。

5 染料化工VOCs廢氣降解催化劑的類型和性能要求

現(xiàn)在染料化工VOCs 廢氣降解的催化劑主要分為貴金屬催化劑和非金屬催化劑兩種，貴金屬催化劑價(jià)格比較高，所以在使用的時(shí)候不能產(chǎn)業(yè)化，另一種非金屬催化劑成本比較低，能夠代替貴金屬催化劑使用在平時(shí)生產(chǎn)中。催化燃燒的時(shí)候需要催化劑在使用的時(shí)候既需要有一定的活性，又需要能夠保證其工作的熱穩(wěn)定性，這樣催化劑才能在催化燃燒中發(fā)揮作用。

6 染料化工VOCs廢氣降解催化劑的應(yīng)用

催化劑降解處理的方式就是在催化劑存在的條件下，通過高溫處理，催化劑作用于VOCs 廢氣，使其降解轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水。在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的時(shí)候使用的一般都是低成本的非貴金屬催化劑，一般是由CuO、鋯、銅錳尖晶石等組成，這類催化劑在使用的時(shí)候能夠提高催化活性、延長催化劑的使用壽命，同時(shí)有非常好的耐高溫性能，有效利用率非常高。

7 未來廢氣治理的發(fā)展方向和技術(shù)應(yīng)用

(1)VOCs 廢氣通過一些先進(jìn)的技術(shù)轉(zhuǎn)換成生物分子。近幾年我國在廢氣治理技術(shù)上取得了很多進(jìn)展，也能夠用生物分子轉(zhuǎn)化的方式去除VOCs 廢氣，這種方法在使用的時(shí)候能夠真正的變廢為寶，把不能使用的VOCs 廢氣變成可利用的無害物質(zhì)。

(2)通過有害物質(zhì)提取和隔離法治理的方法處理VOCs 廢氣。隔離法在使用的時(shí)候能夠把除去廢氣之外的其他有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行充分的回收處理，減少氣體對(duì)環(huán)境的污染。但是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)在使用的時(shí)候會(huì)需要很多成本，所以一般都用在一些大型的工業(yè)領(lǐng)域上。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和更新，未來這種技術(shù)也有被廣泛應(yīng)用的可能。

(3)利用光進(jìn)行催化分解式治理的方法處理VOCs 廢氣。催化劑方法治理廢氣使用成本比較低，有非常強(qiáng)的安全性，是目前為止效果較好、技術(shù)比較先進(jìn)的一種治理手段。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，引入納米技術(shù)進(jìn)行光催化分解VOCs 廢氣的技術(shù)日益成熟，這種技術(shù)更加節(jié)能、環(huán)保。納米技術(shù)在催化劑的使用是未來一段時(shí)期內(nèi)業(yè)界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。

8 結(jié)語

總而言之，VOCs 廢氣污染性強(qiáng)、毒性強(qiáng)，在染料化工生產(chǎn)的時(shí)候降解VOCs 廢氣是非常重要的治污工作，人們需要對(duì)其進(jìn)行持續(xù)不斷的研究。要把環(huán)境污染降到最低，還給人們一個(gè)美好的家園。