低溫等離子體及協同催化降解VOCs研究進展

低溫等離子體及協同催化降解VOCs研究進展

北極星VOCs在線訊:摘要：綜合分析了國內外近年來關於去除VOCs的相關技術研究進展，指出低溫等離子體處理VOCs技術是一項新興技術，有工藝簡單、適用範圍廣等特點，該技術協同催化能有效提高去除率、降低能耗、減少二次汙染，為VOCs的去除提供了一個新的技術發展方向。

目前，工業和農業上排放的有機廢氣(VOC)是重要的大氣汙染源之一，會對人體造成慢性損壞甚至中毒危及生命。定義沸點溫度介於50～260℃的各種有機化合物的集合稱之為揮發性有機物(VOC)。在於石化、汽車噴塗、印刷等領域VOC給生產帶來了很大的環境問題。目前已鑑定出的有300多種，最常見的有苯、苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、甲醛等。隨著人們對壞境保護的關注提高，越來越多的學者參與VOCs汙染的控制與處理研究。

我國每年因為VOCs排放造成的工業汙染非常嚴重。效率與運行費用等因素制約了傳統治理技術應用的發展。近年來，低溫等離子體協同催化劑降解VOCs技術被認為是最具有發展前景的技術之一，頗受研究者的關注。

1傳統的處理VOCs方法

常見的VOCs處理技術可以分為回收類技術和銷毀類技術兩大類。回收類技術主要有吸附法、生物膜分離法以及冷凝法;銷毀技術主要包括加熱燃燒法、微生物處理技術和低溫等離子體技術。吸附法、燃燒法以及催化燃燒法是較為傳統的控制技術，其中吸附法和催化燃燒法有較為完善的理論基礎與實際經驗，已經得到廣泛應用。燃燒法對溫度有較高的要求;冷凝法對高沸點的有機物效果較好;吸收法對吸收劑的要求較高;生物處理法、膜分離法和光催化法是近些年來得到發展的新興技術，雖然理論研究已經頗有成果，但是實際中的應用還不夠成熟，在電廠企業中難以推廣;其中低溫等離子體技術作為新興技術，受到研究者的廣泛關注。其中吸附技術是利用具有大比表面積的孔狀蜂窩狀結構吸附劑對汙染物進行吸附，利用固體表面的分子吸收力與化學鍵力將汙染物吸附在固體表面上，實現氣相分離。燃燒法用部分汙染物在一定溫度條件下易燃的特性，將廢氣直接在1100℃高溫和過量的空氣在湍流的條件下進行完全燃燒。燃燒後使揮發性有機物分解生成CO2、H2O等。生物處理技術是利用微生物的新陳代謝過程將有機物降解，將VOCs作為碳源維持其生命活動，轉化為簡單的無機物CO2、H2O等的處理方法。光催化技術是在外界可見光作用下發生催化作用，空氣為催化劑，以光為能量將VOCs降解為CO2、H2O等的處理方法。

2等離子體降解機理

低溫等離子技術是由高能電子引起的化學反應，依靠等離子體在瞬間產生的強大電場能量電離、裂解，使正負粒子無法集結在一起成為可以自由移動的離子，從而破壞汙染物分子結構。因其工藝簡單、成本低，目前被認為是開創了一種全新的技術創新領域。等離子體是由大量的電子、離子、負離子、電子、中性原子的集合組成，正、負總電荷數相等，整體呈電中性的電離氣體。低溫等離子體是指電子溫度遠大於離子溫度，整個體系表觀溫度較低，故稱為低溫等離子體。

從物理學的角度，對於低溫等離子體去除汙染物的機理一般認為是通過氣體放電產生的高能電子激發來完成的。氣體中的電子在高壓電場中被加速之後與周圍的分子、原子、電子等粒子發生非彈性碰撞和彈性碰撞，其中分子、原子被激發、離解和電離之後產生更多的自由電子，而新產生的電子又被高壓電場加速，再次發生碰撞、激發和電離使氣體分子或原子激發到更高的能級。其中高能電子起主導作用，其化學反應過程分為兩個方面:

(1)高能級電子直接作用汙染物分子

e+汙染物分子→碎片分子

(2)高能級電子間接作用氧化汙染物分子

e+O2(N2，H2O)→

O+N+OH+O3+汙染物分子中性分子

O(N，OH，O3)+汙染物分子→碎片分子

高能電子撞擊背景氣體中的O2、N2和H2O生成O、N、OH和O3等活性粒子，通過這些強氧化性的自由基與汙染物基團或分子發生一系列反應，最終將汙染物徹底氧化。

低溫等離子體的產生方式是通過滑動弧放電、射頻放電、輝光放電、電暈放電和介質阻擋放電等氣體放電。其中，用於處理揮發性有機物的主要是電暈放電和介質阻擋。

電暈放電是當在電極兩端加上較高但是未達擊穿的電壓時，局部電場強度超過了氣體電離場強，使氣體發生了電離和激勵，電極附近的氣體介質會被局部擊穿出現電暈放電。當部分的活性電子與VOCs中具有與C—H、C—C或C=C鍵相近或相同的鍵能時，就會打破這些鍵，進而破壞VOCs的結構。這其中的自由基就可以與有機物分子或基團發生一系列的反應，最終將有機物徹底氧化，將有毒有害汙染物轉化為CO2、H2O等無毒無害物質。

投稿聯繫：0335-3030550   郵箱：huanbaowang#bjxmail.com（請將#換成@）

北極星VOCs在線聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星VOCs在線登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。