向低溫等離子和光催化氧化技術亂象說NO

井噴式爆發的VOCs市場，召（zhào）喚出了大小不一、參差不齊的治理公司，至於治（zhì）理技術，也（yě）算是重溫了（le）“百家爭鳴、百（bǎi）花齊放”的盛況。在VOCs治理這件事上，南北方還是有一定的默契，一改因（yīn）粽子、月餅和餃子等吃法差異就吵得不可開交的毛病（bìng）。毫（háo）無疑問，活性炭吸附、光催化氧化與低溫等離子技術絕對妥妥得承（chéng）包VOCs治理市場份額的前三甲，但光環籠罩（zhào）下的陰影更（gèng）值得（dé）注意。

日前，由山西省環保廳發（fā）布的《山西省工業（yè）塗裝、包裝印刷、醫藥製造行業揮發（fā）性有機物（wù）控製（zhì）技術指南》，對低溫等離子與光催化氧化技術提出以下明確要求：
（1）治理設施的風量（liàng）按照最大廢氣排放量的120%進行設計。低溫等離子體技術或光催化技（jì）術單獨使用時，僅適用於處理低濃（nóng）度有（yǒu）機廢氣或惡臭氣體；治理效率要求更（gèng）高時，應采用多種技術的組合（hé）工藝。對於含油霧、漆霧或顆粒物的（de）廢氣，應配置高效過濾等適宜的預處理工藝。
（2）應首先（xiān）明確廢氣組分中最大可（kě）能的化學鍵鍵能。使用低溫等離子（zǐ）體技術的，需給出處理裝（zhuāng）置設（shè）計的電壓、頻率、電（diàn）場強度、穩定電離能等參數，同時（shí）出具所用電氣元件的出廠防爆合格證；使用光催化（huà）氧化技術的（de），需給出（chū）所用催化（huà）劑種類、催化劑負載量等參數，並出具所用電氣元件的防爆合（hé）格證（zhèng）與燈管發射185nm波段的占比情況檢驗證書。
（3）應盡量延（yán）長廢氣在裝置中（zhōng）的反應停留時間，並配（pèi）備臭氧催化分解單元。
在此，小編更想用自己（jǐ）的（de）理解及部分數據來解讀下（xià）這兩種技術。
低溫等離子（zǐ）技術（shù）
電場激發出（chū）的電子、自由基、激發態分子（主要是O3等）等活性物質，是低溫等離子體技術（shù）淨（jìng）化（huà）有機廢氣的關（guān）鍵。VOCs組分解離的難易程度（dù），一方麵取決（jué）於電子的能量，另一方（fāng）麵（miàn）還取決於分（fèn）子中化學（xué）鍵的鍵能。電子在放電（diàn）過程中獲得的能量主要集（jí）中在（zài）2~12 eV之間，而（ér）VOCs分子分解所需要能量剛好均在這個（gè）區域內（nèi）。
1、目前，產生（shēng）低溫等離（lí）子體的常用方（fāng）法是電暈放電和（hé）介（jiè）質阻擋放電。
電暈放電，是在大氣壓或高於大氣壓（yā）條件下，使用電極表麵曲率半徑很小（xiǎo）的電極，如針狀電（diàn）極或細線狀電極（jí），由於放電空間電場不均勻，使電離過程主要局限於局部電場很高的電（diàn）極附近，特別是發生在曲率半徑很小的電（diàn）極附近或薄層中（zhōng），並伴隨明顯光（guāng）亮的放電現象（xiàng），一般都發生在高電壓（大於5kv）和（hé）較高頻率（20～40kHz）條件下。
介質阻擋放電，是絕緣介質覆（fù）蓋在電極上或者懸掛在放電空間中的（de）一種氣（qì）體放電。當在電極上施加（jiā）足（zú）夠高的交流電壓，電（diàn）極之間的氣體發生電離，而電極間的介質能起到儲能作用，限製放（fàng）電電流的自由增長，進而產生大量細絲狀、延時極短的脈衝微放電，均勻穩定地充滿整個放電間隙，同時（shí）能抑製（zhì）級間火花或弧光（guāng）的產生。
采用介質（zhì）阻（zǔ）擋放電方式的等離子體反應器，一般都采用陶瓷、石英等防腐蝕介質材料，電極與廢氣不直接接觸，從而可以一定程度避免（miǎn）設備腐蝕問題。而電暈放電技（jì）術（或針尖（jiān）放電式）通常是氣體與電極直接接觸的，即使通過的氣體沒有腐蝕性（xìng），但等離子（zǐ）體中的活性強氧化物質（如臭氧）也可（kě）能腐蝕電極。相對而（ér）言，采用介質阻擋放電方式比（bǐ）電暈放電方式（如針尖放電）更安全。
值得注意的（de）是，低溫等離子體技（jì）術主要是（shì）將有機分子中的化學鍵（jiàn）打斷，但尚未能完全將有（yǒu）機物礦化成CO2和H2O。以某治（zhì）理項目為例，非甲（jiǎ）烷總烴的去除率僅為45%，而惡臭的去除率（lǜ）可達93%。這主要是（shì）因為非甲烷總烴經過處理後，大分子變成小分子，用色譜法檢測（cè）依然表現為非甲烷總烴；而分解過程中產生的部分異味（wèi）副產物（wù）（如臭氧等）亦會對惡臭的去除率有一定影響。
因（yīn）此，正經的（de）低溫等離子體技術供應（yīng）商，通常（cháng）還會在等離子反應（yīng）器前配置（zhì）預處理（lǐ）係（xì）統（tǒng），有效去除（chú）廢氣中的粉塵和水分，並且也會在反應器後再配置後處（chù）理係統，延（yán）長廢氣與活性物質的反應時間（jiān），同時對多餘的活性物質（zhì）（主要是臭（chòu）氧）進行（háng）分解消除。
2、以小編（biān）的理解，高壓電（diàn）源就是低溫等離子技術的核心。電壓和頻率是電源能量輸出的兩個重要（yào）參數。
氣體中出現的自由電子隻有（yǒu）從一定強度的電場中獲得能量成為高（gāo）能電子，然後才能（néng）與氣體分子發生碰（pèng）撞，將能量傳遞（dì）給該分子，使該氣體分子的外層電（diàn）子脫離核的束縛，從（cóng）而產（chǎn）生更多的自由（yóu）電子和帶正電的離子。
頻率的提（tí）高會增加單位時間內局部放（fàng）電的平均脈衝個數，放電的重複率增加。但研究結果表明，當電壓一定時，汙染物的去除率隨頻率的提高先增加後減小。在實際應用中，應充分考（kǎo）慮電源與等離子體反應器的匹配關係，並（bìng）充分考慮諧振帶來的影響。
光催化氧化技術
光催化（huà）氧化技術，主要利用光敏催化劑在一定（dìng）量的光照射下激（jī）發產生（shēng）的電子-空穴對，與吸附（fù）在催化劑麵積的溶解氧和水（shuǐ）分子等（děng）發生作用，進而產生·OH與·O2-等強氧化性自由基，再通過與汙（wū）染物（wù）的羥基（jī）加和、取代、電子轉移等方式礦（kuàng）化，最終實現VOCs的降解。說白了，光催化氧化反應所需（xū）的（de）能量主要來源光照能量。
1、TiO2具有（yǒu）較高的化學穩定性（xìng）和催（cuī）化活性，且（qiě）價廉（lián）無毒（dú），所以是目（mù）前最常用的光催（cuī）化劑之一。其常用（yòng）的晶型結構（gòu）有2種：銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對（duì）更穩定，即使在高溫的情況下也難以發（fā）生分解和轉化。並且金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度是3.2eV，也就是說，引發銳鈦礦型TiO2進行光催化反應所需的光能量需大（dà）於3.2eV，金紅石型TiO2僅需大於3.0eV。對於（yú）銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發波長需要小於387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧（yǎng）化技術，那肯定得有“光”和（hé）“催化劑”共同作用才（cái）行。
對於光，有（yǒu）兩個參數：波長與光強。隻有吸收了（le）一定波長範圍（wéi）內的光，TiO2催化劑才（cái）可（kě）以克（kè）服其禁帶的能量，在其（qí）表麵會產生電子（zǐ）-空穴（xué）。研（yán）究結果表（biǎo）明（míng），短波長（zhǎng）的紫外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有（yǒu）利於生成更多的·OH，從而加快光催化反應活性（xìng）。而表示單位時間內、通過單位橫截麵光能大小的光強，直接決（jué）定了紫外光所提供的總能量是否（fǒu）足（zú）以（yǐ）使周圍的TiO2全部參與到反應中來。所（suǒ）以，光催化過程中要保證（zhèng）反（fǎn）應器內布光（guāng）均勻且紫（zǐ）外光達到一定強度。
對於催化（huà）劑，其活性組分主（zhǔ）要是TiO2。其（qí）顆粒粒徑越小，尤（yóu）其是納米級，比表麵與反應麵就越大，電子-空（kōng）穴的簡單複合（hé）率就小，光催化活性（xìng）也就高；若在TiO2中摻雜金屬或非金屬粒子，還（hái）可拓展其可接受的光照（zhào）射響應範圍；因為銳（ruì）鈦礦型具有強吸（xī）附氧氣能力，金紅石型具有較高的光利用率，二者的混晶型物質在光催（cuī）化（huà）性（xìng）能方麵的（de）表現要比單一晶型物質（zhì）要好（hǎo）。其它影響光（guāng）催化（huà）活性的因素還包（bāo）括，孔隙率、平均孔徑、表麵電（diàn）荷、焙燒溫度、純度（dù）等。
水蒸氣也是在光催（cuī）化反應不可忽視的因（yīn）素。因（yīn）為水分子提（tí）供了（le）可俘獲空穴的羥基，進而產生自由基·OH，反應中適量的水蒸氣有利於反應的進行，但如果水蒸氣過多，會在TiO2表麵（miàn）產生競爭吸（xī）附，反而不利於光催化的進行。
此外，廢氣的初始濃度和在反應器內部的停留時間，也直（zhí）接影響光（guāng）催化氧化技術的去除效果。從目前的實驗室數據結果看，在各條件優化（huà）後的情況下，處理濃度10mg/m3的（de）甲醛尚需30min才（cái）能（néng）達到70%的去除效率（lǜ）。小編就在想，國內的VOCs治（zhì）理公司應該采用的是“宇宙級黑科技”光催技術，用（yòng）不到3s的反應時間處理著不知（zhī）比10mg/m3高（gāo）多少倍的（de）VOCs廢氣！

（來源：VOCs管理與技術（shù）交流驛站）