張峰 唐奇峰 孫坤泉 呂玉輝 付燕峰

青云環(huán)境工程（浙江）有限公司

前言：VOCs是指揮發(fā)性有機(jī)污染物，其沸點(diǎn)在50-260℃之間，室溫條件下污染物的飽和蒸氣壓大于133.3Pa，表現(xiàn)出較強(qiáng)的易揮發(fā)性，會(huì)釋放刺激性氣味，引發(fā)環(huán)境污染，影響人體健康。針對(duì)VOCs廢氣的危害，已研究出多種處理方法，如電暈法、吸附法、膜分離法等，光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。

一、VOCs廢氣傳輸難點(diǎn)

在光催化氧化技術(shù)應(yīng)用中，需將VOCs廢氣從污染源傳輸至光催化劑表面，方可有效治理VOCs廢氣。針對(duì)不同環(huán)境下不同污染特點(diǎn)，技術(shù)人員需采取差異化VOCs廢氣傳輸方式，確保區(qū)域環(huán)境中的所有VOCs廢氣傳輸至光催化劑表面，得到有效治理。

對(duì)于室內(nèi)環(huán)境來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生VOCs廢氣的污染源較多，VOCs廢氣傳輸難度較高。技術(shù)人員可在室內(nèi)設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，利用空間內(nèi)的空氣強(qiáng)制流動(dòng)，將VOCs廢氣傳輸至光催化劑表面。

對(duì)于大氣環(huán)境來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員可通過(guò)固定床反應(yīng)器配置光催化劑，利用反應(yīng)器涂層表面的光照，縮短光催化劑和VOCs廢氣的距離，帶動(dòng)大氣流動(dòng)，為VOCs廢氣治理奠定基礎(chǔ)[1]。

二、光催化氧化技術(shù)參數(shù)控制難點(diǎn)

在光催化氧化技術(shù)中，反應(yīng)時(shí)間、濕度和光子利用率，均會(huì)影響VOCs廢氣治理效果，技術(shù)人員需做好參數(shù)控制工作，切實(shí)發(fā)揮光催化氧化作用。就反應(yīng)時(shí)間而言，不同區(qū)域的揮發(fā)性有機(jī)物濃度不同，最佳光催化氧化反應(yīng)時(shí)間不同。為控制反應(yīng)時(shí)間，獲得最佳治理效果，技術(shù)人員可將光催化氧化系統(tǒng)設(shè)置在主空氣管路旁路區(qū)域，以此調(diào)節(jié)氣體被照射的時(shí)間。

就濕度而言，技術(shù)人員可通過(guò)涂布膜反應(yīng)器的涂層，調(diào)節(jié)光催化氧化反應(yīng)中的甲苯、三氯乙烯及丙醇降解過(guò)程，減少光催化劑對(duì)水分子的依賴(lài)，規(guī)避濕度對(duì)VOCs廢氣治理的影響。

就光子利用率而言，技術(shù)人員可通過(guò)光子→電荷轉(zhuǎn)換效率的提升，避免光催化氧化反應(yīng)中出現(xiàn)電子-空穴復(fù)合現(xiàn)象；通過(guò)無(wú)用（不可被吸收，也不能達(dá)到光催化劑表面）光子數(shù)目的控制，避免重組現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而提高光子利用率，強(qiáng)化光子效應(yīng)[2]。另外，在VOCs廢氣治理中，光催化劑的種類(lèi)也會(huì)影響光子利用率，技術(shù)人員可選擇長(zhǎng)波長(zhǎng)的光催化劑，在普通光催化劑的氧位點(diǎn)或二氧化鈦顆粒晶界等結(jié)構(gòu)中添加氮、碳或硫等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光子利用率提高的目標(biāo)。

三、光催化劑的失活問(wèn)題

在光催化氧化技術(shù)治理VOCs廢氣時(shí)，光催化劑失活是最常見(jiàn)的問(wèn)題。同時(shí)，在分析光催化劑性質(zhì)時(shí)，雖然實(shí)驗(yàn)室能夠模擬光催化氧化反應(yīng)環(huán)境，但與真實(shí)環(huán)境條件仍舊存在一定差距，使光催化劑分析結(jié)果出現(xiàn)偏差，影響光催化劑作用的最大化。就目前已知的光催化劑性質(zhì)而言，VOCs廢氣中的三氯乙烯、VSCCs（揮發(fā)性含硅化合物）、芳香族化合物等物質(zhì)，均會(huì)使光催化劑失活，影響VOCs廢氣治理效果。其中，VSCCs的影響最大，即使環(huán)境中VSCCs的濃度偏低，也會(huì)導(dǎo)致光催化劑失活。就此，本文將VSCCs為研究對(duì)象，分析光催化劑失活問(wèn)題的解決方法。

在明確光催化劑失活主要物質(zhì)的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可選擇合適化學(xué)物質(zhì)，處理VSCCs，避免其對(duì)光催化劑造成負(fù)面影響。目前常用的VSCCs處理方法有兩種：其一，分解VSCCs，向光催化氧化反應(yīng)中添加二氧化鈦晶體等分解硅化合物的摻雜劑，避免硅氧烷吸附至光催化劑表面，引發(fā)失活問(wèn)題；其二，鈍化VSCCs，利用先進(jìn)處理系統(tǒng)，在VSCCs未到達(dá)至光催化劑表面時(shí)，對(duì)其進(jìn)行氧化處理。該處理系統(tǒng)包括吸附過(guò)濾器、等離子體設(shè)備、光催化劑、紫外光源及熱源等。在實(shí)踐應(yīng)用中，利用吸附過(guò)濾器將VSCCs吸附至過(guò)濾器表面，關(guān)閉等離子體設(shè)備與加熱器，開(kāi)啟紫外光催化系統(tǒng)。在一段時(shí)間后，開(kāi)啟加熱器，對(duì)過(guò)濾器吸附的VSCCs進(jìn)行解吸附處理；再開(kāi)啟等離子體設(shè)備，將VSCCs轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，聚集在偏置電極，避免光催化劑失活。

四、光催化氧化中的吸附問(wèn)題

在光催化氧化反應(yīng)中，吸附問(wèn)題體現(xiàn)在污染物和載體兩方面。在污染物吸附中，VOCs廢氣在光催化劑表面的吸附難度較高，技術(shù)人員可通過(guò)光催化劑表層材料與參數(shù)的調(diào)節(jié)，提高VOCs廢氣吸附效果。

在載體吸附中，關(guān)于光催化劑在基體上的黏附習(xí)慣研究較少，但要想延長(zhǎng)光催化劑的使用壽命，保障VOCs廢氣治理的持續(xù)性，需提高對(duì)光催化劑在載體上吸附性能的重視。在VOCs廢氣治理中，黏結(jié)劑不僅要具備較強(qiáng)的黏結(jié)性能，有效連結(jié)光催化劑與載體，還需具備穩(wěn)定性，避免被光催化劑降解，影響VOCs廢氣治理的持續(xù)性。目前學(xué)術(shù)界主要用以下幾種方法，強(qiáng)化光催化劑在載體上的黏結(jié)性能。

第一，將催化劑直接注入多孔材料或纖維骨架中，獲得催化劑薄膜，與載體相連接，無(wú)需設(shè)置黏結(jié)劑；第二，通過(guò)溶膠―凝膠方法，以涂布方式，將有機(jī)鈦酸酯前驅(qū)體設(shè)置在基體表層，以熱處理方式連接光催化劑與基體；第三，以快速加熱方式，連接光催化劑與基體；第四，將光催化劑吸附在電沉積金屬結(jié)構(gòu)，如樹(shù)狀結(jié)構(gòu)、泡沫狀結(jié)構(gòu)，再與基體連接；第五，選擇有機(jī)硅烷聚合物作為黏結(jié)劑，利用其無(wú)機(jī)鍵形成功能，規(guī)避光催化劑的化學(xué)性能影響，保障光催化劑與基體的有效連接。

結(jié)論：綜上所述，在VOCs廢氣治理中，技術(shù)人員可通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)或固定床反應(yīng)器保障VOCs廢氣精準(zhǔn)傳輸；通過(guò)處理參數(shù)控制，強(qiáng)化光催化氧化效果；通過(guò)光催化劑失活物質(zhì)的處理，保障光催化劑的活性；做好污染物與載體吸附的調(diào)節(jié)，強(qiáng)化VOCs廢氣的治理效果，盡最大限度發(fā)揮光催化氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。