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，召喚出了大小不一、參差不齊的治理公司，至於治理技術，也算是重溫了“百家爭鳴、百花齊放”的盛況。在（zài）VOCs治理這件事上，南（nán）北方還是有一（yī）定的默契，一（yī）改因粽子、月餅和（hé）餃子等吃法差異就吵得不可開交的（de）毛病（bìng）。毫無疑問，活性炭（tàn）吸附、光催化氧化與低溫等離子技術絕對妥妥（tuǒ）得承包VOCs治理市（shì）場份額的前三甲，但光環籠罩下的陰影更（gèng）值得注意。

日前，由山西省環保廳發布的《山西省工業塗裝、包裝印刷、醫藥製造行業揮發性有機物控（kòng）製技術指南》，對低溫（wēn）等離子與光催化氧化（huà）技術提出以下明確要求：
（1）治理（lǐ）設施的風量按照（zhào）最大廢氣排放量的120%進行（háng）設計。低溫等離子體技術或光催化技術單獨使用時，僅適用於處理低濃度有機廢氣或惡臭氣體；治（zhì）理效率要求更高（gāo）時，應采用多（duō）種（zhǒng）技術的組合工藝。對於含油霧、漆霧或顆粒物的廢氣，應配（pèi）置高效過濾等適宜的預處理工藝。
（2）應首先明確廢（fèi）氣組分中最大可能的化學（xué）鍵鍵能。使用低溫等（děng）離子體技術的（de），需給出處理（lǐ）裝置設計的電壓、頻率、電場強度、穩定電離能等參數，同時出（chū）具所用（yòng）電氣元件的出廠防（fáng）爆合格證；使用光催化（huà）氧化技術的，需給出所用催（cuī）化劑種類、催（cuī）化劑負（fù）載量等參數，並出（chū）具所用電氣元件的防爆合格證與燈管發射185nm波段的占比情（qíng）況檢驗證書。
（3）應盡量延長廢氣在裝置中的反應停留時間，並配備臭氧催化分解單元。
在此，小編更想用自己的理解及部分數據來解讀下這兩種技術。
低溫等離（lí）子技術
電場激發出的電子、自由基（jī）、激發態分子（zǐ）（主（zhǔ）要（yào）是O3等）等活性物質，是低（dī）溫等離子體技術淨化有機廢氣的關鍵。VOCs組（zǔ）分解離的難易程度，一方麵取決於電子的能量，另（lìng）一方麵（miàn）還取決於分子中化學鍵的鍵能。電子在放（fàng）電過程中獲得的能量主要集中在2~12 eV之間，而VOCs分子分解所（suǒ）需要能量剛好（hǎo）均在（zài）這個區域內。
1、目前（qián），產生（shēng）低溫（wēn）等離子體（tǐ）的常用方法是電暈放電（diàn）和介質阻擋放電。
電暈放電（diàn），是在大氣壓或高於大氣壓條（tiáo）件下，使用電極（jí）表麵曲率半徑很小的電極，如針狀電（diàn）極或細線狀電極，由於放電空間電場（chǎng）不均（jun1）勻，使電離過程主要局限於局部電場（chǎng）很高的電極附（fù）近，特別是發生在曲率半徑很（hěn）小的電極附（fù）近或薄層中，並伴（bàn）隨明顯光亮的放電現象，一般都發生在高電（diàn）壓（大於5kv）和較高頻率（20～40kHz）條件下。
介質阻擋放電，是絕緣（yuán）介質覆蓋在電極上或者懸（xuán）掛在（zài）放電空間中（zhōng）的一種氣體放（fàng）電。當在電極上施加足夠高的交流電壓，電極之間的氣體發生電離，而電極間（jiān）的介質能起到儲（chǔ）能作（zuò）用，限製放電電流的自由增長，進而產生大量細（xì）絲狀、延時極短的脈衝微放電，均勻穩定地充滿整個放電（diàn）間隙，同時能抑製級間火花（huā）或（huò）弧（hú）光的產生。
采用介質（zhì）阻擋放電方式的等離子體反應器，一般都采用（yòng）陶瓷、石（shí）英等防腐蝕介質（zhì）材料，電極與廢氣不直接接觸（chù），從（cóng）而可以一定程度避免設備（bèi）腐蝕問題。而（ér）電暈放電技術（或（huò）針尖放電式）通常是氣體（tǐ）與電極直接（jiē）接觸的，即使通過的（de）氣體沒（méi）有腐蝕性，但等離子體中的活性強氧化物質（如臭氧）也可能腐蝕電（diàn）極。相對（duì）而言，采用介質阻擋放電方式比電暈放電方式（如針尖（jiān）放電）更安全。
值得注意（yì）的是，低溫等離子體技術（shù）主要是將有機分子中的化學鍵打（dǎ）斷，但尚未（wèi）能完全將有（yǒu）機物礦化成CO2和H2O。以某（mǒu）治（zhì）理項目為（wéi）例，非甲烷總烴的去除率僅為45%，而惡臭的去除率可達93%。這主要是因為非甲（jiǎ）烷總烴經過處理後，大分子變成小分子，用色譜（pǔ）法檢測依然表現為非甲烷總烴；而分解過程（chéng）中產生的部分異味副產物（wù）（如臭氧等（děng））亦會對惡（è）臭的去除率有一定影響。
因此，正經的低溫等離子體技術供應商，通常還會在等離子反應器前配置預處理係統，有效去除廢氣中的粉塵和水分，並且也會在反應器後再配置後處理係統，延長（zhǎng）廢氣與活性物質的反應時間，同時對多餘（yú）的活性物質（主要是臭氧）進（jìn）行分解消除。
2、以小編的理解，高壓（yā）電源就是低溫等（děng）離子技術的核（hé）心。電（diàn）壓和頻率是電源能量輸出的兩個重要參數。
氣體中出現的自由（yóu）電子（zǐ）隻有從一定強度的電場中獲得能量成為高能電子，然後才能與氣體分子發生碰撞，將能量傳遞（dì）給該分子，使該氣體分子的外層電子脫離核的束縛（fù），從而產生更多的自由電子和帶正電的（de）離子。
頻率的提（tí）高會增加單位時間內（nèi）局部放（fàng）電的平均脈衝個數（shù），放電的重複率增加（jiā）。但研究（jiū）結果表明，當（dāng）電壓（yā）一定時，汙染物（wù）的去除率（lǜ）隨頻率的提高先增加後減小。在（zài）實際應用中，應充（chōng）分考慮電（diàn）源與等離子體反應器的匹（pǐ）配關係（xì），並充分考（kǎo）慮諧振帶來的影（yǐng）響。
光催化氧化技術
光催化氧化技術，主要利用光敏催化劑在一定量的光照射下激發（fā）產生的電（diàn）子-空穴對，與（yǔ）吸附（fù）在催化（huà）劑麵積的溶解氧和（hé）水分子等（děng）發生作（zuò）用，進而產（chǎn）生·OH與·O2-等強氧化性自由基，再通過與（yǔ）汙染物的羥基加和、取代、電子轉移等方式礦化，最終實現（xiàn）VOCs的降解。說白了，光催化氧化反應（yīng）所需的能量（liàng）主要來源光照能量。
1、TiO2具有較高的化學穩定性（xìng）和催化活性，且價廉無（wú）毒，所以是目前（qián）最常用的光催化劑之一。其常用的晶型結（jié）構有2種：銳（ruì）鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對更穩定，即使在高溫的情況下也難以發生分解和轉化。並且金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁（jìn）帶寬度是3.2eV，也就是說，引發銳（ruì）鈦礦（kuàng）型TiO2進行光催化反應所需的光能量需大於3.2eV，金紅石型TiO2僅需大於3.0eV。對於銳鈦礦型TiO2，紫外（wài）光的激發波（bō）長需要小於387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧化技術（shù），那肯定得有“光（guāng）”和“催化劑”共同作用才（cái）行。
對於光，有兩個參數：波長與光強。隻有吸收了一定波（bō）長（zhǎng）範圍內的光，TiO2催化劑才可以克（kè）服其禁帶的（de）能（néng）量，在其（qí）表麵會產生電子-空穴。研究結果表明，短波長的（de）紫外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有利（lì）於生成更多的·OH，從而加（jiā）快光催化反應活性。而表示單位時（shí）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足以使周圍的TiO2全部參與到反應中來。所以，光催化過程中要保證反應器內布光均勻（yún）且紫外光達到一定強度。
對於催化劑，其活性組分主要是TiO2。其顆粒粒徑（jìng）越小，尤（yóu）其是納米級，比表麵（miàn）與反應麵就（jiù）越大（dà），電（diàn）子（zǐ）-空穴的簡單複合率就小，光催化活性也就高；若在TiO2中摻（chān）雜金（jīn）屬或非金屬粒子，還可拓展其可接受的光照射響應範圍；因（yīn）為銳鈦礦型具（jù）有強吸附氧氣能力，金紅石型具有（yǒu）較高的光利用率，二者（zhě）的混（hún）晶型物（wù）質在光催化性能方麵的表現要（yào）比單一晶型物質要好。其它影（yǐng）響光催化活性的因素還包括，孔（kǒng）隙率、平均孔徑、表麵電荷、焙燒溫度、純度等（děng）。
水蒸氣也是在光催化反（fǎn）應不可忽視的因素。因為水分子提供了可俘獲空穴的（de）羥基，進而產生自由基·OH，反應中適量的水蒸氣有利於（yú）反應的進行，但如果水蒸氣過多，會在（zài）TiO2表麵產（chǎn）生競爭吸附，反而不利於（yú）光催化的進行。
此外，廢氣的（de）初始濃度（dù）和在反應器內部（bù）的停留時（shí）間，也直接影響光催化氧化技術的去除效果。從目前的實驗室數（shù）據結果看，在各條件優化後的情況下（xià），處（chù）理濃度10mg/m3的甲醛尚需30min才能達到70%的去除效（xiào）率。小編就在想，國內的VOCs治理公司應該采用的是“宇宙（zhòu）級黑（hēi）科技”光（guāng）催（cuī）技術，用不到3s的反應時間處理著不知比（bǐ）10mg/m3高多少（shǎo）倍（bèi）的VOCs廢氣！

（來源：VOCs管理與技術（shù）交流驛站）