揮發(fā)性有機物處理新技術(shù)的研究進展

劉景帥

(煙臺清敏科技咨詢有限公司，山東 煙臺 265400)

揮發(fā)性有機物VOCs可以形成臭氧，也是PM2.5的主要構(gòu)成物質(zhì)，這一物質(zhì)的存在可以導(dǎo)致霧霾天氣，其所產(chǎn)生的化學(xué)煙霧嚴(yán)重威脅著人體健康。對揮發(fā)性有機物進行治理是環(huán)境治理的重要內(nèi)容?；诖耍骄繐]發(fā)性有機物的處理新技術(shù)具有重要意義。

1 VOCs的來源及危害

所有熔點低于室內(nèi)溫度且沸點范圍為50℃～260℃的揮發(fā)性有機化合物都是VOCs。工業(yè)領(lǐng)域是VOCs的主要排放來源。油漆等有機材料應(yīng)用過程中產(chǎn)生揮發(fā)與轉(zhuǎn)變也會產(chǎn)生VOCs。在紫外線的照射下，VOCs中含有的碳?xì)浠衔锱cNOx會發(fā)生光化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，同時會形成光化學(xué)煙霧，對環(huán)境產(chǎn)生污染，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞。同時，VOCs進入人體后，會對人的肝腎功能產(chǎn)生破壞性改變，或會引發(fā)神經(jīng)中樞病變。目前，社會各界對VOCs污染的關(guān)注度不斷提升，對VOCs的治理不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，這是環(huán)境治理的必然需求。

2 揮發(fā)性有機物處理新技術(shù)研究

揮發(fā)性有機物的處理技術(shù)主要有兩種，一種是預(yù)防性措施，主要是對工業(yè)領(lǐng)域排放VOCs物質(zhì)的設(shè)備進行更新或進行工藝創(chuàng)新與改進。另一種方式是對VOCs進行控制，這是指對揮發(fā)性有機物進行處理，也是當(dāng)前最主要的VOCs污染控制方式。其主要可以分成回收技術(shù)與銷毀技術(shù)兩種?；厥占夹g(shù)采用的是物理方式進行VOCs的處理。除了較為常見的吸收技術(shù)與吸附技術(shù)以外，還有冷凝技術(shù)以及最新出現(xiàn)的膜分離技術(shù)。銷毀技術(shù)采用的方式主要是化學(xué)與生物處理方式。近年來，應(yīng)用較為廣泛的是熱力焚燒技術(shù)與催化燃燒技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)與光催化技術(shù)等新型處理技術(shù)。

2.1 生物分子轉(zhuǎn)化法

生物分子轉(zhuǎn)化法可以直接將廢氣中的有害物質(zhì)運用生物分子進行轉(zhuǎn)換，變廢為寶，轉(zhuǎn)變成可利用的無害物質(zhì)。該做法不僅成本低廉，上手快，操作簡單，而且適用范圍較大，是未來應(yīng)重點扶持和推廣的技術(shù)。

2.2 低溫等離子體技術(shù)

該技術(shù)是通過外加電場而實現(xiàn)高壓脈沖放電，于常溫環(huán)境下實現(xiàn)高能電子、離子以及自由基等多種活性粒子的有效分離，使之與VOCs分子產(chǎn)生作用而產(chǎn)生電離反應(yīng)、離解反應(yīng)，或者使VOCs分子出現(xiàn)等離子體物理或化學(xué)反應(yīng)，進而使VOCs物質(zhì)分解成為二氧化碳與水分子。根據(jù)放電形式的不同，此技術(shù)共有三種不同方法：電子束照射法、介質(zhì)阻擋放電法、電暈放電法。從技術(shù)與經(jīng)濟角度分析，低溫等離子體技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，目前相關(guān)專家對此技術(shù)展開了大量的研究。研究重點是利用此技術(shù)進行乙稀、三苯等廢氣的降解，以提高其脫除率。然而這種技術(shù)的劣勢也較為明顯：第一，其會形成臭氧氣體，對設(shè)備的腐蝕性也較高，對環(huán)境也有一定程度的污染。第二，處理時會產(chǎn)生X射線輻射作用。第三，選擇性較差，在高能電解過程中會降解出Nz和一氧化碳，資源浪費現(xiàn)象較為嚴(yán)重。第四，該技術(shù)需應(yīng)用專業(yè)度較高的設(shè)備，處理成本較高，設(shè)備運行穩(wěn)定性差，且能耗過高。基于這些缺點，低溫等離子體技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛。

2.3 新型納米材料光催化技術(shù)

光催化技術(shù)是近年來新出現(xiàn)的VOCs處理技術(shù)。此技術(shù)主要使用光催化活性較強的半導(dǎo)體催化劑實現(xiàn)與VOCs分子的有效接觸，再通過紫光線進行照射，激發(fā)出光催化劑的效果，產(chǎn)生電子空穴反應(yīng)，進而使VOCs分子表面的OH-與H2O的氧化而形成OH·。由于OH·的氧化性較強，其可以實現(xiàn)對VOCs的降解，使之分解成為一氧化碳、水分子或無機小分子物質(zhì)。在此技術(shù)中，光催化劑是重要的處理成分。目前，運用較為廣泛的光催化劑有TiOG與非TiO體系兩類。前者屬于基光催化劑的范疇。純TiO與性質(zhì)發(fā)生改變后的TiO2是此類光催化劑的主要成分，在所有催化劑成分當(dāng)中，TiO2以其較高的催化活性、明顯的化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性的特點以及廣泛的獲取源而在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在對光催化劑的研究方面，不僅對光催化劑的制備進行研究，還對其作用原理、工程化方式展開了分析，同時還涉及技術(shù)的應(yīng)用以及產(chǎn)品的開發(fā)等多個方面，研究效果顯著。然而光催化劑也有一定的缺點：第一，光催化分解過程中會形成有害物質(zhì)，導(dǎo)致二次污染。第二，催化環(huán)境中VOCs的含量不足時，催化效率不理想。第三，催化劑自身的量子效率偏低，難以實現(xiàn)有效固定。第四，催化劑的負(fù)載不均衡，常會出現(xiàn)催化劑活性喪失的情況。

隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)，將新型納米材料與光催化分解法相結(jié)合應(yīng)用時，使苯系物迅速降解，基本不產(chǎn)生二次污染，效率相比單一技術(shù)有明顯提高，且納米材料的取材和用料更加環(huán)保和安全，是化學(xué)科技在揮發(fā)性有機物(VOCs)治理技術(shù)上取得的新進展和新突破。

2.4 膜分離技術(shù)

與其他膜分離過程相比，膜分離技術(shù)進行VOCs處理過程與之完全相同，都需采用天然膜或人工合成膜，通過不同物質(zhì)對膜的不同穿透性與過濾效果而實現(xiàn)VOCs分子的分離。在膜分離裝置當(dāng)中，膜元件是其中重要的結(jié)構(gòu)。較為常見的膜元件不僅有平板膜，還有中空纖維膜。此外，卷式膜的應(yīng)用也較多。前兩種膜在VOCs的分離與回收中應(yīng)用較為廣泛，但是在多種因素影響下，分離效果存在一定差異。目前，膜分離技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，并分為多種技術(shù)類別，其中，蒸汽滲透得到了廣泛的應(yīng)用，氣體膜分離與膜接觸器的應(yīng)用效果也較為理想。

在多個行業(yè)領(lǐng)域，膜分離技術(shù)都得到了不同程度的應(yīng)用。該技術(shù)不僅操作簡便，能源消耗較小，同時對VOCs處理時有較高的回收率，且不會產(chǎn)生二次污染。作為新興技術(shù)，膜分離技術(shù)可以實現(xiàn)對高濃度VOCs的處理。膜分離技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是膜材料的材質(zhì)，主要可以分為有機膜與無機膜兩種。目前，如能解決無機膜的穩(wěn)定性，提高膜反應(yīng)器的密閉程度，膜分離技術(shù)將可以實現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)語

揮發(fā)性有機物處理的三種新技術(shù)現(xiàn)已取得良好的試驗成果，未來必將在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于不同行業(yè)產(chǎn)生的VOCs種類各不相同，所以僅采用一種處理技術(shù)難以實現(xiàn)高效率的揮發(fā)性有機物處理?；诖?，應(yīng)采用多種處理技術(shù)組合應(yīng)用的方式，發(fā)揮出各種處理方式的優(yōu)勢，以提高處理效果。對此，未來還需進一步深入研究，以實現(xiàn)揮發(fā)性有機物處理技術(shù)的提升與優(yōu)化。