有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用

有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用

韦日剑李颖

珠海天禾环保工程有限公司519000

摘要：随着经济的发展，化工企业的大量增加，企业环保投资力度的不够，导致了大量工业挥发性有机废气的排放，致使大气环境质量下降，给人体健康来严重危害，给国民经济造成巨大损失。本文主要对有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用进行了分析探究。

关键词：有机挥发性废气；光催化氧化法；废气处理

引言

近年来，随着经济的发展，化工企业的大量新起，企业环保投资力度的不够，导致了大量工业有机废气的排放，致使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害，给国民经济造成巨大损失，因此，需要加大对有机废气的处理[1]。对有机废气的治理，人们早就有研究而且已经开发出一些卓有成效的控制技术如广泛采用并且研究较多的有热破坏法、冷凝法吸收法等近年来形成的新控制技术有生物膜法、电晕法、等离子体分解法、光催化氧化法等[2]。其中，在治理有机挥发性废气方面，光催化氧化法是一种相对优良的方式，其有着不可替代的优势。

1挥发性有机废气概述

有机废气处理是指在工业生产过程中产生的，对有机废气进行吸附、过滤、净化的处理工作。针对挥发性有机废气的治理，主要是治理工业生产过程中产生的废气，对其做吸附、净化、过滤等处理，将原本的废气转化为无害无毒的小分子的过程。现在我国化工工业领域所产生的挥发性有机废气有很多种类，其中主要包括甲醛、乙酸乙酯、丙烯酸、漆雾、苯乙烯等等。这些气体具有容易溶于有机溶剂、容易燃烧爆炸、不好处理、难溶于水等特点。

2光催化氧化处理有机挥发性废气的原理和技术特点

而光催化氧化法是一种新型处理有机挥发性废气的方法，该方法主要通过UV紫外光对光催化剂进行照射，使之产生高能电荷-电子空穴对，并在空气中的水、氧等物质的参与下，使附着于催化剂表面的有机挥发性气体转变为二氧化碳、水以及其他无机小分子物质的过程[3]。光催化氧化法具有选择性，其用料可以循环使用，反应条件要求低，经济成本低。活性炭纤维作为载体的负载型的纳米Ti02光催化剂是一种非常便利的新产品，产品的比表面积大，稳定性高，抗光腐蚀性强，有较强的吸附作用，光催化综合性能好，不需更换再生，不会造成二次污染，发生反应速度快，具有抗菌效果。

光催化氧化废气处理技术特点：第一，利用特制的高能UV紫外线光束照射恶臭气体，裂解恶臭气体如：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子键。第二，利用高臭氧分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧，使呈游离状态的污染物分子与臭氧氧化结合成小分子无害或低害的化合物。如CO2、H2O等。UV+O2→O-+O*（活性氧）O+O2→O3（臭氧）。第三，利用特制的催化剂进行氧化还原反应；运用高能UV紫外线光束、臭氧及催化剂对恶臭气体进行协同分解氧化反应，使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，彻底达到脱臭及杀灭细菌的目的。第四，能高效去除挥发性有机物（VOC）及各种恶臭味，脱臭效率最高可达99%以上。第五，无需添加任何物质：只需要设置相应的排风管道和排风动力。同时运行成本低，无任何机械动作，无噪音，无需专人管理和日常维护。第六，适应性强，可适应高浓度，大气量，可每天24小时连续工作，运行稳定可靠。设备占地面积也小，自重轻。第七，采用国际上最先进技术，可彻底分解恶臭气体中有毒有害物质，并能达到完美的脱臭效果，经分解后的恶臭气体，可完全达到无害化排放，绝不产生二次污染。

3有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用

3.1有机挥发性废气的光催化氧化

在光解催化净化设备中对有机挥发性废气主要进行光解与催化氧化。光解主要是通过高能UV紫外线对空气中的氧气产生分解作用，促进氧分子分解成为游离态的氧，由于游离态氧上的正负电子处于不平衡状态，因此游离态氧极易与氧分子结合生成臭氧（O3），其过程为：O2+UV→O（游离态）+O-；O2+O（游离态）→O3。而臭氧的强氧化作用能够促进有机挥发性废气的分解。在UV高效设备内安装着紫外线放电管，紫外线放电管产生的光子能量可以高达647KJ/mol、742KJ/mol，如此高的光子能能够迅速裂解小于该能量的有机挥发性废气的分子键，使其转变为无机小分子物质，如表1所示。

经过长时间研究，有机挥发性废气在纳米级别的活性材料以及紫外光能量的共同作用下，可以在短时间内被充分分解，其分解时间可达2～3s。将纳米级别的活性材料加入到治理废气的净化设备中，并用紫外线对其进行照射。因为大量的光能可以被里面的活性材料所吸收，同时生成h+（空穴）与e-（电子），而其所生成的e-和h+具备相应的氧化还原能力，能够与O2、H2O反应快速生成·O2-（超级阴氧离子）和·OH（氢氧根自由基），这两者有着非常高的氧化能力。·OH能够将有机挥发性废气中的电进行氧化，具有非常强的氧化电位能力，可以促使无光吸收能力物质的氧化分解[4]。

3.2有机挥发性废气的净化

有机挥发性废气中存在的酸性气体不但影响光催化氧化效率，同时还会影响设备的使用寿命，为此必须对有机挥发性废气进行预处理，将酸性气体除掉后在输入到净化设备中。由于酸性气体多易溶于水，为此预处理工艺以水洗装置进行。其具体工艺为：废气收集→水洗装置→光解-催化有机废气净化设备→达标排放。水洗装置包括雾化、洗涤、脱水除雾等区域。雾化区安装着许多组雾化喷头，以实现过滤截面喷射全覆盖，此外，较小的喷射液滴与杂质能够良好接触，不但能够起到预过滤的作用，也可以为其后的洗涤区补充布水。在洗涤区内，酸性气体以及其他易溶于水的气体能够多次通过液膜被除掉，达到了高效过滤的目的。经过洗涤区的有机挥发性气体再经脱水除雾区除掉液滴与水雾，然后再进入下面的净化设备。在水洗装置中，酸性气体的去除率可以达到95%以上。具有如下特点：（1）净化的彻底性：光触媒是分解污染物而不是吸附污染物，发生的是质变而不是量变；对污染物具有不可逆的彻底分解；（2）净化的广泛性：几乎所有的细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用，特别是对人们不易感知的细菌和病毒进行彻底分解；（3）净化的安全性：最终产物是二氧化碳和水，对人体无害，不会产生类似消毒剂对环境产生的二次污染

3.3在垃圾焚烧发电厂恶臭废气处理中的具体应用分析

某垃圾焚烧发电厂经收集系统收集的臭气首先进入水吸收塔进行预处理，臭气中的粉尘及少量的水溶性物质在该段得到有效地去除，水溶性差及难降解臭气成分进而进入光催化氧化处理系统，在该段，难分解成分得到了高效的分解，并以无机和易溶性成分进入后续的碱洗塔，从而去除了光催化氧化设备中分解产生的可溶性物质，最后，得到完全净化的清洁气体在引风机的作用下，经排气筒达标排放。在该工艺过程中产生的废水为生化性较高，直接通过排水管网进入该企业的污水处理站进行处理后达标排放。其中光化学反应器主要包含除雾器段、光化学反应段、液体吸收段。其中除雾段主要为去除经水洗塔进入光催化系统废气中的少量水分；光反应段主要由紫外灯和光触媒组成，在此段利用高能紫外线光束，通过光化学反应产生臭氧、羟基自由基等强氧化性活性基团，从而实现对硫化氢、氨等成分的彻底去除。液体吸收段采用碱液（氢氧化钠）进行喷淋，本项目中，光化学反应器中碱液的主要作用是使反应器中发生催化臭氧氧化反应，产生大量臭氧能得到有效的分解，从而产生大量的具有极强氧化性的羟基自由基，强化并提高了臭气的分解效果和去除率，相关的化学反应时如：OH-+O3→OH。经过光化学反应阶段，臭气得到了充分的氧化分解，产生了大量的水溶性好的无机气体成分，本项目中，配套设置了碱吸收塔对高水溶性的无机气体进行吸收处理，对末端处理废气进行了无害化处理，吸收液废水经污水管网进入企业的污水站进行处理达标排放。由此可见，光催化氧化方法是处理难降解类恶臭气体的有效方法。

结语：

综上所述，作为一种解决污染的新型方法，光催化氧化法不但能够去除活性炭难以吸附的有机挥发性废气，将其转变为无毒无害的有机小分子物质，而且不需更换其他吸附剂。将光催化氧化法应用于对有机挥发性废气，对于保护自然环境，促进人类可持续发展具有十分重要的现实意义。因此，在未来的有机废气处理中，光解催化氧化技术将会发挥着越来越重要的作用，更好保护环境。

参考文献：

[1]杨玉峰，葛海泉.光催化氧化法处理挥发性有机废气的分析研究[J].科技与创新，2017（01）：105.

[2]刘超，廖雷，彭娟，覃爱苗，罗恢泓，贾力强，师杰峰.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].环境工程，2016，34（04）：95-99.

[3]濮一顺.有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用研究[J].科技创新与应用，2014（33）：25.

[4]廖志琼.光催化氧化法处理挥发性有机废气的分析研究[J].资源节约与环保，2014（04）：174-175.