低溫等離子光觸媒催化處理VOC廢氣研究與應用
近年來，隨著空氣污染的加重，國內外關于VOC排放的法律法規也越發嚴格，但由于治理費用高、行政監管所需的 VOC 排放標準缺失、企業對 VOC 排放和控制的重視程度不足等各種因素，許多工廠VOC廢氣直接排入大氣，對環境質量造成嚴重傷害。

一、低溫等離子光觸媒催化在VOC廢氣處理

低溫等離子體技術處理污染物的原理為在外加電場的作用下，介質放電產生的大量高能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發;然后引發一系列復雜的物理、化學反應，使復雜大分子污染物轉變為簡單小分子安全物質，或使有毒有害物質轉變成無毒無害或低毒低害物質，從而使污染物得以降解去除。低溫等離子體技術對大氣量、低濃度的污染氣體有較高的處理效率，是性價比非常高的有效處理技術。

該方法具有效率高、成本低、設備適應性強、占地面積小、便于操作控制、開停方便、與噴漆工藝同步、可根據污染物源強和排放要求進行升級等優點。作為環境污染處理領域中的一項具有極強潛在優勢的高新技術，等離子體受到了國內外相關學科界的高度關注。

單一等離子體處理有機廢氣效率較高且副產物較少，不會造成二次污染，但其較高的能耗和較低的能量效率是目前需要攻克的難題，等離子復合光催化可以彌補其缺點。等離子體催化劑選用TiO2，其為寬禁帶(Eg=3.2eV)半導體化合物，只有波長較短的太陽光才能被吸收，激發其活性，所以設計反應裝置的時候需要添加紫外光源。

二、低溫等離子光觸媒催化在VOC技術分析

1、吸附技術

吸附技術是利用有較大比表面積的固體吸附劑將廢氣中的VOC捕獲，從而使有害成分從氣體中分離出來，當吸附達到飽和后采用水蒸氣或熱風等作為脫附劑，將吸附劑表面的VOC 脫附并加以回收。

2、冷凝技術

冷凝技術是利用氣態污染物具有不同的飽和蒸氣壓，通過降低溫度或加大壓力，使 VOC 冷凝成液滴 而從氣體中分離出來，借助不同的冷凝溫度實現污染 物的逐步分離。

3、膜分離技術

膜分離技術利用不同氣體分子通過高分子膜的 溶解擴散速度不同，在一定壓力下實現分離目的。膜兩側氣體的分壓差是膜分離的驅動力，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

直接燃燒技術根據熱量的回收方式，可分為直接焚燒法和蓄熱焚燒法。直接焚燒法即將有機廢氣加熱到一定溫度下( 800℃左右)，使其完全氧化分解，生成 CO2和 H2O 等。蓄熱焚燒法即將燃燒尾氣中的熱量蓄積，用于加熱待處理廢氣，節能 效果明顯，此方法的去除效率可達99% 以上，但燃 燒不完全時容易產生氮氧化物，造成二次污染，該法適用于汽車、家電等烤漆行業高溫和高濃度的有機廢氣治理。

催化燃燒技術通過在燃燒系統中添加催化劑，使可燃性的VOC在催化劑表面發生非均相氧化反應，于300～500 ℃左右將VOC 催化氧化分解為 CO2 和 H2O 等。催化燃燒較熱力焚燒溫度低，可以顯著降低設備運行費用，但當廢氣中含有能夠引起催化劑中毒的硫、鹵素有機化合物時，不宜采用催化燃燒法

5、光觸媒催化降解技術

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級變為三能級，能隙變寬，導帶變負，而價帶寬變得更正，即在光觸媒催化作用下具有很強的氧化還原能力，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多數廢氣物質的分子結合能強時，可將污染物分子鍵裂解為呈游離狀態的離子，且波長在200nm以下的短波長紫外線能分解O2分子，生成臭氧O3(經過大量的實驗驗證，選用波長185nm)。

呈游離狀態的污染物離子極易與O3產生氧化反應，生成簡單、低害或無害的物質，如 CO2、H2O 等，以達到廢氣凈化處理的目的。用紫外光解方式獲得的臭氧，因獲得復合離子光子的能量后，能極為迅速地分解，分解后產生氧化性更強的自由基O、OH和H2O。

自由基 O、OH 和 H2O 與惡臭氣體發生一系列協同、連鎖反應，惡臭氣體最終被氧化降解為低分子物質、CO2 和 H2O，而達到最終的除臭目的。研究過程中，進一步發現當惡臭氣體的相對分子質量越大時，紫外光解氧化效果就越明顯。在特種能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

生物降解技術即將含VOC的廢氣經傳質過程，進入微生物懸液或生物膜中，在好氧條件下利用高效降解菌種將廢氣中的 VOC降解為 CO2 和 H2O 等。生物法凈化VOC 廢氣的關鍵在于微生物的馴化及高效降解菌的培養。

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，只能處理包括醇類、醛類、酮類、酯類、單環芳烴以及氨和硫化氫等單組分且易生物降解的有機化合物，其對單一 VOC 去除能力的大小順序為：醇、醛、酮等含氧烴類 > BTEX 等單環芳香烴 >鹵代烴，對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。在處理混合組分的 VOC 時，由于各組分間存在的競爭和抑制作用會出現降解歧視現象，因此，生物法治理有機廢氣的普適性較差。

7、低溫等離子體凈化技術

低溫等離子體高能態的粒子構成低溫等離子體高能態的粒子構成。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轟擊 VOC 分子，使其電離解離和激發、引發系列復雜的物理化學反應，使復雜的大相對分子質量的有機廢氣降解為簡單的小相對分子質量物質，或是有毒有害物質轉化為無毒無害或低害的物質，從而使VOC降解去除。攜能電子的平均能量約10eV，適當控制反應條件可實現一般難以實現或速度很快的化學反應。

三、光觸媒催化VOC處理方法的優劣

低溫等離子體光催化協同技術具有其他凈化技術不可比擬的優點，低溫等離子體法處理 VOC 的技術與傳統方法相比具有很多優點：一是，可在常溫常壓下操作;二是，有機化合物最終的產物為 CO2，CO，H2O。若有機物是氯代物，則產物中還應加上氯化物，而無中間產物降低了，有機物的毒性，同時避免了其他方法中的后期處理問題;三是，運行費用低;四是;VOC的去除率高，對 VOC的適應性運行管理比較方便。

針對工業上氣量大，濃度低，且污染物大都無回收價值的制造行業有機廢氣 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條件的限制，低溫等離子體法的出現正是為了順應這種要求，并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將向著規?；较虬l展。

結束語：綜上所述，隨著新材料和新技術的逐步應用，新型治理技術將更加成熟，但其投入一般較高，在中小企業較多中受到限制。因此，高效率、低成本、低能耗的治理技術是下階段發展的重點。