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低(dī)溫等離子光觸媒催化處理VOC廢氣研究與應用

來源: 人氣:1324 發表時間(jiān):2021/11/22 14:15:30
一、低溫等離子光觸媒(méi)催化在(zài)VOC廢氣處理

低溫等離子體技術處理汙染物的原理為在(zài)外加電場的作用下,介質放電產生的大量高能電子轟擊(jī)汙染物分子,使其電離、解離和激發;然後引發一係列(liè)複雜的物理、化學反應,使複(fù)雜大分子汙染物轉變為簡單小分子安全物質,或使有毒有害物質轉(zhuǎn)變成無(wú)毒無害或低(dī)毒低(dī)害物質,從而使汙染物得以降解去除。低溫等離子體技術對大氣量、低濃度的汙染氣體有較高(gāo)的處理效率,是性價比(bǐ)非(fēi)常高(gāo)的有效處(chù)理技術。

該方(fāng)法具(jù)有效率高、成本低、設備適(shì)應性強、占地麵積小、便於操作控製、開停方便、與噴漆工藝同步、可根據汙染物源強和(hé)排放要(yào)求進行升級(jí)等優點。作為環境汙染處理領域中的一(yī)項具有極強潛在優勢的高新技術,等離子體受到了國內外(wài)相關(guān)學(xué)科界的高度關注。

單一等離(lí)子體處理有(yǒu)機廢氣效率較高且副產(chǎn)物較少,不(bú)會造成二次汙染,但(dàn)其較高的能耗和較(jiào)低的能量效率是目前需要攻克的難題,等離子複合光催化可以彌(mí)補其缺點。等離子(zǐ)體催化劑選用TiO2,其為寬禁帶(dài)(Eg=3.2eV)半導體化合物,隻有(yǒu)波長較短的太陽光才能被吸收,激發其活性,所以設計反(fǎn)應裝(zhuāng)置(zhì)的時候需要添加(jiā)紫外光源(yuán)。


二、低溫等(děng)離子(zǐ)光觸媒催化在VOC技術分析

  1. 吸附技術:吸附(fù)技術是利用有較大比表麵積的固體吸附劑將廢氣中的VOC捕(bǔ)獲,從而使有害成分從氣體中分離(lí)出來,當吸附達到飽和(hé)後采用水蒸(zhēng)氣或熱風等作為脫附劑,將吸附劑表麵的VOC 脫附並加以回收。
  2. 冷凝(níng)技術:冷凝技術是利用氣態汙(wū)染物具有不同的(de)飽和蒸氣壓,通過降(jiàng)低溫度或加大壓力,使 VOC 冷凝成液滴 而從氣體(tǐ)中分離出來(lái),借助不同的冷凝溫度實現汙染 物的(de)逐步分離。
  3. 膜分離技(jì)術:膜分離技(jì)術(shù)利(lì)用不同氣體分子通過高分子膜的 溶解擴散速度不同,在一定壓力下(xià)實現分離目的。膜兩側氣體的分壓(yā)差(chà)是膜分離的驅動力,可通過壓縮進 氣或在膜滲透側用真空泵(bèng)來實現,因此,膜分離過程 常常與冷凝或壓縮過程集成。
  4. 燃燒治理技術和催化燃燒技術:直接燃燒技(jì)術(shù)根(gēn)據熱量的回收方式,可分(fèn)為直接(jiē)焚燒法和(hé)蓄熱(rè)焚燒法。直接焚燒法即將有機廢氣加熱到一(yī)定溫度下( 800℃左右),使其(qí)完全氧化分解,生(shēng)成 CO2和 H2O 等。蓄熱(rè)焚(fén)燒法即將燃燒(shāo)尾氣中的熱量蓄積,用於加熱待處理廢氣,節能 效果明顯,此方法的去除(chú)效率可(kě)達99% 以上(shàng),但燃 燒不完(wán)全時容易產生氮氧化物,造成二次汙染,該法適用於汽車、家電等烤漆行業高溫(wēn)和高濃度的有機廢氣(qì)治理。催化燃燒技術通過在燃燒係統中添加催化劑,使可燃性的VOC在催化劑表(biǎo)麵發生非均相氧化反應,於300~500 ℃左右將VOC 催化氧化分解為 CO2 和 H2O 等。催(cuī)化(huà)燃燒較熱力焚燒溫度低,可以顯著降低(dī)設備(bèi)運行費用,但當廢氣中含有能夠引起(qǐ)催化劑中(zhōng)毒的硫、鹵素有機化合物時,不宜采用催化燃燒法
  5. 光觸媒催(cuī)化(huà)降解技術:納米TiO2光觸媒催化降解具有納米半導體粒子的量子尺寸效應使其導帶和價帶能(néng)級變為三能級(jí),能隙變寬(kuān),導帶變負,而價帶(dài)寬變得更正,即在(zài)光觸媒催化作用(yòng)下具有很強的氧化還原(yuán)能力,從而提高了其光觸媒催化活性。波長較短的紫外線其光子能量最強,當環境中的紫外光能量等級比大(dà)多數廢氣物質的分(fèn)子結合能強時,可將汙(wū)染物分子鍵裂解為呈遊離狀態的離子,且波長在200nm以下的短波長紫(zǐ)外線(xiàn)能分(fèn)解O2分子,生成(chéng)臭氧(yǎng)O3(經過大量的實驗驗證,選用波長185nm)。呈遊離狀態的(de)汙染物離子極易與O3產生氧化(huà)反應,生成簡單、低害或無害的物質,如 CO2、H2O 等,以達到廢氣淨化處理(lǐ)的目的。用紫外光解方式獲得的臭氧,因獲得複合離子光子的能量後,能極為迅速地分解,分解後產生氧化性更強的自由基O、OH和H2O。自由基 O、OH 和 H2O 與惡臭氣體發生一係列協同、連鎖反(fǎn)應,惡臭氣體最終被(bèi)氧化降解為低分(fèn)子(zǐ)物質、CO2 和 H2O,而達到最終的(de)除(chú)臭(chòu)目的。研究過程中,進一步發現當惡臭氣體的相對分子(zǐ)質(zhì)量越大時,紫外光解氧化效果就(jiù)越明顯。在(zài)特種能(néng)量等級的紫外線作用下,大多數化學物質都能得到高效分解。
  6. 生物降解技術:生物降解技(jì)術即將含VOC的廢氣(qì)經傳質過程,進入微生物懸液或生(shēng)物膜中,在好氧(yǎng)條件下利用高效降解菌種將廢氣中(zhōng)的 VOC降解為 CO2 和 H2O 等。生物法淨化VOC 廢氣的關鍵在於(yú)微生物的馴化及高(gāo)效降解(jiě)菌(jun1)的培養。目前研究出的生物菌種對有機物的消化具有很強的專一性(xìng),隻能處理包括醇類、醛類、酮類、酯類、單環(huán)芳烴以(yǐ)及氨和硫化氫等單(dān)組分且易(yì)生物降解的有機化合物,其(qí)對單一 VOC 去除能力的大小順序為:醇、醛、酮等(děng)含氧烴類 > BTEX 等單環芳香烴 >鹵代烴,對(duì)單組分單環芳烴去除能力的大小順序為:甲苯 > 苯 > 乙苯或二甲苯 > 氯苯或二氯苯(běn)。在處理混合組分的 VOC 時,由於(yú)各組分間存在的競爭和抑(yì)製作用會出現降解歧視現象,因此,生(shēng)物法治理有機廢氣的普適(shì)性(xìng)較差。
  7. 低溫等離子體淨化技術:低溫等離子體高能態的粒子構成低溫等離子體高(gāo)能態的粒子構成。低溫等離子體降解VOCs原理在外電場的作用下,介質放電產生的大量攜能電子(zǐ)轟擊(jī) VOC 分子,使其電離解離和激發、引發係列複雜的物理化(huà)學反應,使複雜的大相對分子質量(liàng)的有機廢氣降解為簡單的小相(xiàng)對(duì)分子質量物質,或是有毒有害物質轉化為無毒(dú)無害或(huò)低害的物質,從而使VOC降解去(qù)除。攜(xié)能電子的平均能量(liàng)約10eV,適當控製反應條件可實現一般(bān)難以實現(xiàn)或速度很(hěn)快的化學反應。



三、光觸媒催(cuī)化VOC處理方法的優劣
低溫等離子(zǐ)體(tǐ)光催化協同技術具有其他淨化技術不可比擬的優(yōu)點,低溫等離(lí)子體法處(chù)理 VOC 的技術與傳統方(fāng)法相比具有很多優點:一(yī)是,可在常溫常壓下(xià)操作;二是,有機化合物最終的(de)產物為 CO2,CO,H2O。若有機物是氯(lǜ)代物,則產物中(zhōng)還(hái)應加上氯化物,而無中間產物降(jiàng)低了,有機物的毒性(xìng),同時避免了其他(tā)方法(fǎ)中的後期處理問題;三是,運行費用(yòng)低(dī);四是;VOC的去除率高(gāo),對 VOC的適應性(xìng)運行管理比較方便。
針對工業上氣量大,濃度低,且汙染(rǎn)物(wù)大都無回(huí)收價值的製(zhì)造行業有機廢(fèi)氣 VOC,需要有一種更有效、徹底、操作更簡便的處理方法,最大限度地減少運行(háng)條件的限製(zhì),低溫等離子體法的出(chū)現正(zhèng)是為了順應這(zhè)種要求,並越來越受到國內外的重視。隨著研究的不斷深入,低溫等離子體光催化法必(bì)將向著規模化方向發展(zhǎn)。


結束語:綜(zōng)上所述,隨著新材料和新技術的逐步(bù)應用,新型(xíng)治理技術將更加成(chéng)熟,但其投入一般較高,在中小企業較多中受到限製。因此(cǐ),高效率、低成本、低能耗的治理技術(shù)是下(xià)階段發展的重點。

 
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