向低溫等離子和光催化氧化技（jì）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VOCs治理這件事上（shàng），南北方還是有一定的默契，一改因粽子、月餅和餃子等吃法差異就吵得不（bú）可開交的毛病。毫無疑問，活性炭吸附、光催化氧化與低溫等離子技（jì）術絕對妥妥得承包VOCs治理市場份（fèn）額的前三（sān）甲，但光環籠罩下（xià）的陰影更（gèng）值得注意。

日前，由山西省環保廳發布的《山西（xī）省工業塗裝、包裝印刷、醫（yī）藥製造行業揮發性有機物控製技術指南》，對低溫等離子與（yǔ）光催化氧（yǎng）化技術提出以下明確要求：
（1）治理設施的風量按照最大廢氣排放量的120%進行設（shè）計。低溫等離子體技術或光催化技術單獨使用時（shí），僅適用於處理低濃度（dù）有機廢氣（qì）或惡臭氣體；治理效率要求（qiú）更高時，應采用多（duō）種技術（shù）的組（zǔ）合工藝。對於含油霧、漆霧或顆粒物的廢（fèi）氣，應配置高效過濾等適宜的預處理工藝。
（2）應首先明確廢氣組（zǔ）分中最大（dà）可能的化學鍵鍵能。使用低溫等離子體技術（shù）的，需給出處理裝置（zhì）設（shè）計的電壓、頻率、電場（chǎng）強度、穩定電離能等參數，同時出具所用電氣（qì）元件的出廠防爆合格證；使用光催化氧化技術的（de），需（xū）給（gěi）出所用催化（huà）劑種類（lèi）、催化劑負載量等參數，並出具所用電氣元件的防爆合格證（zhèng）與（yǔ）燈管發射（shè）185nm波段的占（zhàn）比情況檢驗證書。
（3）應（yīng）盡量延長（zhǎng）廢（fèi）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（cǐ），小編更（gèng）想用自己的理解及部分數據來解讀下這兩種（zhǒng）技術。
低溫等離子技術
電場激發出的電子、自由基、激發態分子（主要是O3等）等活性物質（zhì），是低溫等離子體技術淨化有機廢氣的關鍵。VOCs組分解離的難易程度，一方麵取決於電（diàn）子的能量，另一方麵還取決於分子中化學鍵的鍵（jiàn）能。電子在放電過程（chéng）中獲得的能量主要集中在2~12 eV之間，而VOCs分子分解所需要能量剛好均在這個區域（yù）內。
1、目前（qián），產生低（dī）溫等離子體的常用方法是電暈放（fàng）電和介質阻擋放電。
電暈放電，是在大氣壓或高於大氣壓（yā）條件下（xià），使用電極表麵曲（qǔ）率半徑很小的電（diàn）極，如針狀電極或細線狀（zhuàng）電極，由於放電空間電場不（bú）均勻，使電離過程主要局限於局部電場（chǎng）很高的電極（jí）附近，特別是發生在（zài）曲率半徑很小的電極附近或薄層中，並伴隨明顯光亮的放電現象，一般都發生在高電壓（大於5kv）和較高頻率（20～40kHz）條件下。
介質阻擋（dǎng）放電，是絕緣介質覆蓋在電極上或者懸掛在放電（diàn）空間中的一種氣體放電。當在電極上（shàng）施加足夠高的（de）交流電壓，電極（jí）之間的（de）氣體發生電離，而電極間的介質能起（qǐ）到儲能作用，限製（zhì）放電電流的（de）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（gè）放電間隙，同時能抑製級間火花或弧光的產（chǎn）生。
采用介質阻擋（dǎng）放電方（fāng）式的等離子體反應器，一般都（dōu）采用陶（táo）瓷、石英等防腐蝕介質材料，電極（jí）與廢氣（qì）不直接（jiē）接觸，從而可以一定程度避免設備（bèi）腐（fǔ）蝕問題。而電暈放電技術（或針尖放電式）通常是氣體（tǐ）與電極直接接觸的，即使（shǐ）通過的氣（qì）體沒有腐蝕（shí）性，但（dàn）等離子體中的活性（xìng）強氧化物質（如臭氧）也可能腐蝕電極。相對而言，采用介質阻擋放電方式比電暈放電方式（如針尖放電）更安全。
值得注意的是，低溫等離（lí）子體技（jì）術主要是將有機分子中的化（huà）學鍵打斷，但尚未（wèi）能（néng）完（wán）全將有機物礦（kuàng）化成CO2和H2O。以某治理項目為例，非甲烷總烴的去除率僅（jǐn）為45%，而（ér）惡臭的去除率可達（dá）93%。這主要是因為非甲烷（wán）總烴經過處理後，大分子變成小分子，用色譜法檢測依然表現為非甲（jiǎ）烷總烴；而分解過程中（zhōng）產生的部分異（yì）味副產物（如臭（chòu）氧等）亦會對惡臭（chòu）的去除率有一定影響。
因此，正經的低溫等離子體技（jì）術供（gòng）應商，通（tōng）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，延長廢氣與活性物質的反應時間，同時（shí）對（duì）多餘的活（huó）性物質（zhì）（主要是臭氧）進行分解消除。
2、以小編的理解，高壓電源就是低溫等離子技術的核心。電（diàn）壓和頻率是電源能量輸出的（de）兩個（gè）重要參數。
氣體中出現的自由電子隻有從一定強度的（de）電場中獲得能量成為高（gāo）能電子，然後才能與氣體分子發生碰（pèng）撞，將能量傳遞給該分子，使該氣體分子的外層電子脫離核的束縛，從而產生更多的自由電子和帶正電的離子。
頻率的提高會增加單位時間內局部放電（diàn）的平均脈衝個數，放電的重複率增加。但研究結果（guǒ）表明（míng），當（dāng）電壓一定時，汙（wū）染物的去除率隨頻率（lǜ）的提高先增加後減小。在實際應用中，應充分考慮電源與等離（lí）子體反應器的匹配關係，並充分考慮諧振帶來的影響（xiǎng）。
光催（cuī）化氧（yǎng）化技術（shù）
光催化氧化技術，主要利用光敏催化劑在一定（dìng）量（liàng）的（de）光照射下激發產生的（de）電子（zǐ）-空穴對，與吸附在催化劑麵積的溶解氧和水分子等發生作用，進而產生·OH與·O2-等強氧（yǎng）化性（xìng）自由基，再通過與汙染物的羥基加和、取代、電子轉移等方式礦化，最終實現VOCs的降解。說白了，光催化氧化（huà）反應所需的能量主要（yào）來源光（guāng）照能量。
1、TiO2具有較高的化學穩定性和催化活性（xìng），且價廉無毒，所以是目前最常（cháng）用的光催化劑之一。其常（cháng）用的晶型（xíng）結構有2種：銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對更穩定，即使在高溫（wēn）的情（qíng）況（kuàng）下也難以發生分解和轉化。並且金紅石（shí）型（xíng）TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬（kuān）度是3.2eV，也就是說（shuō），引發銳鈦礦型（xíng）TiO2進行光催（cuī）化反應所（suǒ）需的光能量需（xū）大於3.2eV，金紅石型TiO2僅需大於3.0eV。對於銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發（fā）波長需要小於387.5nm。
2、顧名思義，光催（cuī）化氧化技術，那肯（kěn）定得有“光”和“催化劑”共同作用才（cái）行。
對於光，有兩個參數：波長與光強。隻有吸收了一定波長範圍內的光，TiO2催化劑（jì）才可以克服其禁帶的能量，在其表麵會產生電子-空穴。研（yán）究結果（guǒ）表明，短波長的紫外光，尤其（qí）是在185 ~ 254nm，更有利於（yú）生成更多的·OH，從而加快光催化（huà）反應活（huó）性。而表示單（dān）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（gòng）的總（zǒng）能量是否（fǒu）足以使周圍的TiO2全部參與到反應中來（lái）。所以，光催化過程中要保證反應器內布光均勻且紫外光（guāng）達（dá）到一定強度。
對於催化劑（jì），其活性組分主要是TiO2。其顆粒粒徑越小，尤其是納米級，比表麵與反應麵就（jiù）越大，電（diàn）子（zǐ）-空穴的簡單複合率就小，光（guāng）催化活性也就高；若在TiO2中摻雜金屬或（huò）非金屬粒子，還可（kě）拓展其可接受（shòu）的光照射響應範圍；因為銳鈦礦型具有（yǒu）強吸附氧氣能力（lì），金紅石型具有較高的光利用率，二者的混晶（jīng）型物質在光催化（huà）性能方麵的表現要比單一晶型物質要好。其它影響光催化活性的因素還包括，孔隙率、平均孔徑、表麵電荷、焙燒溫度、純度等。
水蒸氣也（yě）是在光催化反應不可（kě）忽視的因素。因為水分子提供了可俘獲空（kōng）穴的羥基（jī），進而產（chǎn）生自由基·OH，反應中適（shì）量的水（shuǐ）蒸氣有利於（yú）反應的進（jìn）行（háng），但如果（guǒ）水蒸氣過多，會在TiO2表麵產生競爭吸（xī）附，反而不利於光催化的進行（háng）。
此（cǐ）外，廢氣的初始濃度和在反應器內部的停留（liú）時間，也直接影響光催化氧化（huà）技術的去除效果。從目前的實驗室數（shù）據結果看，在各條（tiáo）件優（yōu）化（huà）後（hòu）的情況下，處理濃度10mg/m3的甲醛（quán）尚需30min才能（néng）達（dá）到（dào）70%的去除效率。小編就在想，國內的VOCs治理公司應該采用的是“宇宙級黑科（kē）技”光催技術，用（yòng）不到3s的（de）反應（yīng）時間處理著不知比10mg/m3高多少倍的VOCs廢氣！

（來源：VOCs管理與技術交流驛（yì）站）