叙说了低温等离子体、光催化和生物处理三种新技术的废气净化原理和国内外研讨展开情况,并对其翻开远景和研讨方向进行了谈论。这些新技术不光可有用处理以往的技术难题,而且具有出资少、工业废气处理作业费用低、逗留时间短、安稳、反应快且无二次污染等,克服了传统方法中的许多缺点,将在低浓度VOCs废气处理方面发挥重要的作用。

跟着经济的翻开和人民生活水平的跋涉,空气中的挥发性有机物(VOCs)污染问题日益遭到人们的注重。VOCs是指空气中存在的室温下蒸气压大于70.9lPa,沸点260℃以下的挥发性有机物质,被视为列为粉尘之后的第二大类空气污染物。1990年美国《清洁空气法》修正案列举了189种有毒有害物质,其间大部分是VOCs。1993～2003年我国相继颁发了《大气污染物概括排放规范》、《恶臭污染物排放规范》和《室内空气质量规范》,因此,开发适用的VOCs处理技术已刻不容缓。

由于废气中VOCs污染物往往浓度低(<3000mg/m3),气量大、污染面广,如热力焚烧、催化焚烧、冷凝、吸收和吸附等传统的处理技术往往不适用,不是其处理作用达不到要求,便是出资或作业本钱太高,废气处理公司迫使人们寻求和开发新的适用技术。

近年来,低温等离子体、光催化氧化和生物处理等新技术在处理低浓度VOCs废气方面已显示出其技术优势和很好的市场远景,本文将介绍这些新技术。

1低温等离子体技术

1.1原理

等离子体是含有许多电子、离子、分子、中性原子、激起态原子、光子和自由基等组成的物质的第四种形态。其总正负电荷数相等微观上呈电中性,但具有导电和受电磁影响的性质,表现出很高的化学活性。根据体系能量情况、温度和离子密度,等离子体一般可分为高温等离子体和低温等离子体(包括热等离子体和冷等离子体)。高温等离子体的电离度接近,各种粒子的温度简直相同,而且体系处于热力学平衡情况,它首要运用于受控热核反应研讨方面。低温等离子体则处于热力学非平衡情况,各种粒子温度并不相同。

低温等离子体可通过前沿陡、脉宽窄(纳秒级)的高压脉冲放电在常温常压下取得,其间的电子和O˙、OH˙等活性粒子可与各种污染物如CO、HC、NOX、SOX、H2S、RSH等发作作用,转化为CO2、H2O、N2、S、SO2等无害或低害物质,然后使废气得到净化。它可促进一些在一般条件下不易进行的化学反应得以进行,甚至在极短时间内完结,故属低浓度VOCs处理的前沿技术。

1.2研讨展开

低温等离子体首要是由气体放电发作的,与现代工业关系密切,运用非常广泛。按放电方法可分为辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电及微波放电等。脉冲电晕是一种新式等离子体技术,归于冷等离子体,可在常压、低温下作业且电子能量适中,因此一般被用于处理VOCs等有害气体。在20世纪80时代中期由Masuda和Mizuno等首要提出,现在在我国、日本、俄罗斯和加拿大等国家都有研讨[1,2]。

FutamuraS等[3]对有害大气污染物(HAP)在低温等离子体化学处理中金属氧化物的催化活性进行了研讨,在没有MnO2作催化剂时,苯的摩尔转化率为30%,而在有MnO2作催化剂时,苯的转化率可高达94%。KangM等[4]在常压下用等离子体TiO2催化体系去除初始浓度为1000mg/m3的甲苯废气,只有O2等离子体没有TiO2催化剂时,甲苯去除率为40%;在TiO2/O2等离子体下,去除率抵达70%;在O2等离子体中,TiO2负载于γ-Al2O3上时,甲苯的去除率抵达80%。这些研讨标明,运用等离子体与催化反应的协同效应,以跋涉有机废气净化率、下降能耗是成功的。

近些年,国内学者对低温等离子体的研讨也在深化。于勇等[5]用介质屏蔽降解CF3Br,降解率抵达55%。李锻等[6]将双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器对氯苯和甲苯的分解特性进行了实验研讨。而以冯春杨[7]、晏乃强[8]和黄立维[9]等人翻开了脉冲电晕去除多种有机废气的研讨,初始浓度为76.8mg/m3,苯的去除率抵达61.4%,并对比了线—筒式和线—板式二种反应器对甲苯的去除率,在以Mn、Fe等作为催化剂时,可使去除率跋涉,催化剂活性的排序为Mn>Fe>Co>Ti>Ni>Pd>Cu>V,在去除各种有机废气中,甲醛易去除,二氯甲烷难,甲苯、乙醇、丙酮则处于其间。周远翔[10]等还运用低温等离子体技术处理粉尘中二英,去除率达81%。

因此,低温等离子体技术运用的可行性和条件实验已较充沛,也有了许多理论根底;已为这项工艺简略、适用性强、流程短、能耗低、易于操作和自动化的新技术早日工业化打下了充沛的根底。

2光催化技术

2.1作用机理

近年来,光催化技术处理气态污染物也愈来愈遭到世界各国的注重。研讨标明,该技术在常温、常压条件下能将废气中的有机物分解为CO2、H2O和其它无机物,有较大潜在运用价值。自l972年日本Fujishima和HondaL发现TiO2单晶电极分解水以来,标志着纳米半导体多相光催化新时代的初步,在多相光催化反应所运用的半导体催化剂中,国外一般选用TiO2粉末作为光催化剂降解苯系物[11],但

TiO2的禁带较宽,能运用太阳能仅占总太阳能的3%,为了跋涉太阳能的运用率,各国学者环绕高活性纳米TiO2的制备、多相光催化机理及跋涉TiO2的光催化功率等方面作了许多的探求作业。

纳米TiO2为n-型半导体,具有三种不同晶相结构:锐钛矿型(Anatase)、板钛矿型(Brookite)、金红石型(Rutile)。其间锐钛型TiO2具有较高的光催化氧化才干,其禁带宽度为Eg=3.2eV,相当于波长为387nm光的能量,处于紫外区。在紫外光作用下它的价带上的电子(e-)就能够被激起跃迁到导带,在价带上发作相应的空穴(h+),随后h+和e-与吸附在TiO2外表上的H2O,O2等发作作用,生成˙OH,˙O2-等高活性基团,当然发作的空穴和电子还有复合的或许。其机理如下:

关于纯的TiO2而言,当遭到波长λ=387.5nm的紫外光照耀时会发作光生电子(e-)和光生空穴(h+)。E-和h+也能够从头兼并,使光能转化为热能而丢失;当有恰当的捕获剂或外表空位时,e-与h+的复合会遭到抑制,氧化复原反应就会发作。光生电子的捕获剂首要是吸附在TiO2外表的O2。O2吸收电子后,能够生成H2O2和一系列自由基。光催化体系中OH˙是首要的自由基,该自由基具有很强的氧化作用,且其氧化作用简直无选择性,能够氧化包括难生物降解的化合物在内的多种有机物。 VOC在线监测光生电子也可与O2、H2O等物质反应生成一系列自由基,进而氧化有机物,然后抵达消除污染物的目的。