敘說了低溫等離子體、光催化和生物處理三種新技術的廢氣凈化原理和國內外研討展開情況,并對其翻開遠景和研討方向進行了談論。這些新技術不光可有用處理以往的技術難題,而且具有出資少、工業廢氣處理作業費用低、逗留時間短、安穩、反應快且無二次污染等,克服了傳統方法中的許多缺點,將在低濃度VOCs廢氣處理方面發揮重要的作用。

跟著經濟的翻開和人民生活水平的跋涉,空氣中的揮發性有機物(VOCs)污染問題日益遭到人們的注重。VOCs是指空氣中存在的室溫下蒸氣壓大于70.9lPa,沸點260℃以下的揮發性有機物質,被視為列為粉塵之后的第二大類空氣污染物。1990年美國《清潔空氣法》修正案列舉了189種有毒有害物質,其間大部分是VOCs。1993～2003年我國相繼頒發了《大氣污染物概括排放規范》、《惡臭污染物排放規范》和《室內空氣質量規范》,因此,開發適用的VOCs處理技術已刻不容緩。

由于廢氣中VOCs污染物往往濃度低(<3000mg/m3),氣量大、污染面廣,如熱力焚燒、催化焚燒、冷凝、吸收和吸附等傳統的處理技術往往不適用,不是其處理作用達不到要求,便是出資或作業本錢太高,廢氣處理公司迫使人們尋求和開發新的適用技術。

近年來,低溫等離子體、光催化氧化和生物處理等新技術在處理低濃度VOCs廢氣方面已顯示出其技術優勢和很好的市場遠景,本文將介紹這些新技術。

1低溫等離子體技術

1.1原理

等離子體是含有許多電子、離子、分子、中性原子、激起態原子、光子和自由基等組成的物質的第四種形態。其總正負電荷數相等微觀上呈電中性,但具有導電和受電磁影響的性質,表現出很高的化學活性。根據體系能量情況、溫度和離子密度,等離子體一般可分為高溫等離子體和低溫等離子體(包括熱等離子體和冷等離子體)。高溫等離子體的電離度接近,各種粒子的溫度簡直相同,而且體系處于熱力學平衡情況,它首要運用于受控熱核反應研討方面。低溫等離子體則處于熱力學非平衡情況,各種粒子溫度并不相同。

低溫等離子體可通過前沿陡、脈寬窄(納秒級)的高壓脈沖放電在常溫常壓下取得,其間的電子和O˙、OH˙等活性粒子可與各種污染物如CO、HC、NOX、SOX、H2S、RSH等發作作用,轉化為CO2、H2O、N2、S、SO2等無害或低害物質,然后使廢氣得到凈化。它可促進一些在一般條件下不易進行的化學反應得以進行,甚至在極短時間內完結,故屬低濃度VOCs處理的前沿技術。

1.2研討展開

低溫等離子體首要是由氣體放電發作的,與現代工業關系密切,運用非常廣泛。按放電方法可分為輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻放電及微波放電等。脈沖電暈是一種新式等離子體技術,歸于冷等離子體,可在常壓、低溫下作業且電子能量適中,因此一般被用于處理VOCs等有害氣體。在20世紀80時代中期由Masuda和Mizuno等首要提出,現在在我國、日本、俄羅斯和加拿大等國家都有研討[1,2]。

FutamuraS等[3]對有害大氣污染物(HAP)在低溫等離子體化學處理中金屬氧化物的催化活性進行了研討,在沒有MnO2作催化劑時,苯的摩爾轉化率為30%,而在有MnO2作催化劑時,苯的轉化率可高達94%。KangM等[4]在常壓下用等離子體TiO2催化體系去除初始濃度為1000mg/m3的甲苯廢氣,只有O2等離子體沒有TiO2催化劑時,甲苯去除率為40%;在TiO2/O2等離子體下,去除率抵達70%;在O2等離子體中,TiO2負載于γ-Al2O3上時,甲苯的去除率抵達80%。這些研討標明,運用等離子體與催化反應的協同效應,以跋涉有機廢氣凈化率、下降能耗是成功的。

近些年,國內學者對低溫等離子體的研討也在深化。于勇等[5]用介質屏蔽降解CF3Br,降解率抵達55%。李鍛等[6]將雙極性脈沖高壓引入介質阻擋反應器對氯苯和甲苯的分解特性進行了實驗研討。而以馮春楊[7]、晏乃強[8]和黃立維[9]等人翻開了脈沖電暈去除多種有機廢氣的研討,初始濃度為76.8mg/m3,苯的去除率抵達61.4%,并對比了線—筒式和線—板式二種反應器對甲苯的去除率,在以Mn、Fe等作為催化劑時,可使去除率跋涉,催化劑活性的排序為Mn>Fe>Co>Ti>Ni>Pd>Cu>V,在去除各種有機廢氣中,甲醛易去除,二氯甲烷難,甲苯、乙醇、丙酮則處于其間。周遠翔[10]等還運用低溫等離子體技術處理粉塵中二英,去除率達81%。

因此,低溫等離子體技術運用的可行性和條件實驗已較充沛,也有了許多理論根底;已為這項工藝簡略、適用性強、流程短、能耗低、易于操作和自動化的新技術早日工業化打下了充沛的根底。

2光催化技術

2.1作用機理

近年來,光催化技術處理氣態污染物也愈來愈遭到世界各國的注重。研討標明,該技術在常溫、常壓條件下能將廢氣中的有機物分解為CO2、H2O和其它無機物,有較大潛在運用價值。自l972年日本Fujishima和HondaL發現TiO2單晶電極分解水以來,標志著納米半導體多相光催化新時代的初步,在多相光催化反應所運用的半導體催化劑中,國外一般選用TiO2粉末作為光催化劑降解苯系物[11],但

TiO2的禁帶較寬,能運用太陽能僅占總太陽能的3%,為了跋涉太陽能的運用率,各國學者環繞高活性納米TiO2的制備、多相光催化機理及跋涉TiO2的光催化功率等方面作了許多的探求作業。

納米TiO2為n-型半導體,具有三種不同晶相結構:銳鈦礦型(Anatase)、板鈦礦型(Brookite)、金紅石型(Rutile)。其間銳鈦型TiO2具有較高的光催化氧化才干,其禁帶寬度為Eg=3.2eV,相當于波長為387nm光的能量,處于紫外區。在紫外光作用下它的價帶上的電子(e-)就能夠被激起躍遷到導帶,在價帶上發作相應的空穴(h+),隨后h+和e-與吸附在TiO2外表上的H2O,O2等發作作用,生成˙OH,˙O2-等高活性基團,當然發作的空穴和電子還有復合的或許。其機理如下:

關于純的TiO2而言,當遭到波長λ=387.5nm的紫外光照耀時會發作光生電子(e-)和光生空穴(h+)。E-和h+也能夠從頭兼并,使光能轉化為熱能而丟失;當有恰當的捕獲劑或外表空位時,e-與h+的復合會遭到抑制,氧化復原反應就會發作。光生電子的捕獲劑首要是吸附在TiO2外表的O2。O2吸收電子后,能夠生成H2O2和一系列自由基。光催化體系中OH˙是首要的自由基,該自由基具有很強的氧化作用,且其氧化作用簡直無選擇性,能夠氧化包括難生物降解的化合物在內的多種有機物。 VOC在線監測光生電子也可與O2、H2O等物質反應生成一系列自由基,進而氧化有機物,然后抵達消除污染物的目的。