向低溫等離（lí）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（bú）一、參差不齊的治理公司，至於治理技術，也算是重溫了（le）“百家爭鳴、百花齊放”的盛況。在VOCs治理這件（jiàn）事上，南北方還（hái）是（shì）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術絕對妥妥得（dé）承包VOCs治理市場份額的前三甲，但光環籠罩下的陰影（yǐng）更值得注意。

日前，由山西省環保廳發布的《山西省工業塗裝、包裝印（yìn）刷、醫藥製（zhì）造行業揮發性有機（jī）物控製技術指南》，對低溫等離子與光催（cuī）化氧（yǎng）化技術（shù）提（tí）出以下明確要求：
（1）治理（lǐ）設施（shī）的（de）風量按照最大廢氣排放量的120%進行設計。低溫等離子體技術或光（guāng）催化技術單獨使（shǐ）用時，僅（jǐn）適用於處理（lǐ）低濃度有機廢氣或惡臭氣體；治理效率要（yào）求更高時，應采用多種技術（shù）的組（zǔ）合工藝。對於含油霧、漆霧或（huò）顆粒（lì）物的廢氣，應配置高（gāo）效過濾等適宜的預處理工藝。
（2）應首先明確廢氣組分中最大可能的化學鍵鍵能。使用低溫等離子體技術（shù）的，需給出處理裝置設計的電壓、頻率、電（diàn）場強度、穩定電離能等參數，同時出具所用電氣元件的（de）出廠防爆合格證；使用光催化氧化技術（shù）的，需給出所用催（cuī）化劑種類、催化劑負載（zǎi）量等參數（shù），並出具所用電氣元件的防爆合格證（zhèng）與燈管發（fā）射185nm波段的占比情況檢驗證（zhèng）書。
（3）應盡量延長廢氣在（zài）裝置中的反應（yīng）停留時間，並配備臭氧催化分解單（dān）元。
在此，小編（biān）更想用自己的理解及部分（fèn）數據來解讀下這兩種技術。
低溫等離子技術
電場激發出的電子、自（zì）由基、激發態（tài）分子（主要是O3等）等活性物質，是低溫等離子體技（jì）術淨化有機廢氣的關鍵。VOCs組分解離的難易（yì）程度，一方麵取決於電子的能量，另一方麵（miàn）還取決於分子中化學鍵的鍵能。電子在放電過程中獲得的能量主要集中（zhōng）在2~12 eV之間，而VOCs分子分解所（suǒ）需要能量剛好均在這個區域內。
1、目前，產生低溫等（děng）離子體的常用方（fāng）法是電暈放電和介（jiè）質阻擋放電。
電暈（yūn）放電，是在大氣壓或（huò）高（gāo）於大氣壓條件下，使用電極（jí）表麵曲率半徑很小的電極，如針狀電極或細（xì）線狀電極，由於放電空（kōng）間電場不均勻，使電離過（guò）程主要局限於局部電場很高的電極附（fù）近，特別是發生在曲率半徑很小的電極（jí）附近或薄層中，並伴隨明顯光亮的放電現象，一般都（dōu）發生在高電壓（大於5kv）和較高頻率（20～40kHz）條件下。
介（jiè）質阻擋放電（diàn），是絕緣介質覆蓋在電極上或（huò）者懸（xuán）掛在放電空間中的一種氣體放電（diàn）。當在電極上（shàng）施加足夠高的交流電壓，電極之間的氣體發生電離，而電極間的介質能起到儲能作用，限製放電電（diàn）流的自（zì）由增長，進而產生大量（liàng）細（xì）絲狀、延（yán）時極短的（de）脈衝微（wēi）放電，均勻穩定地充滿整個放電（diàn）間（jiān）隙（xì），同時能抑製級間火花或弧光的產生。
采（cǎi）用介質阻擋放電方式的等離子體（tǐ）反應（yīng）器，一般都采（cǎi）用陶瓷、石（shí）英（yīng）等防腐蝕介質材料，電極與廢氣不直接（jiē）接觸，從而可以一定程度（dù）避免設備腐蝕問題。而電暈放電技術（shù）（或針（zhēn）尖放電式）通常是氣（qì）體與電極直接接觸的，即使通過的氣體沒有腐蝕性，但等離（lí）子體中的活性強氧化物質（如臭氧（yǎng））也可能腐蝕電極。相對而言，采用（yòng）介質阻擋放（fàng）電方式比電暈放電方式（如針尖放電）更安全。
值得（dé）注意的（de）是，低溫等離子體技術主要是將有機分子中的化學鍵打（dǎ）斷，但尚未能完（wán）全將有機物礦化成CO2和（hé）H2O。以某治理項目（mù）為例，非甲烷總烴的去除率僅為45%，而惡臭的去除（chú）率可（kě）達93%。這主要是因為非甲烷總烴經過處理後，大（dà）分子變成小分子，用色譜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（如（rú）臭（chòu）氧等）亦會對惡臭的去除率有一（yī）定影響。
因此，正經的低溫（wēn）等離子體技術供應商，通（tōng）常還會在等（děng）離子反應器（qì）前配置預處理係統，有效去除（chú）廢（fèi）氣中的粉塵和水分，並且也會在反應器後再配置後（hòu）處理係統，延長廢氣與活性物質的反（fǎn）應時間，同時對多餘（yú）的活性物質（主要（yào）是臭氧）進行分解消除。
2、以（yǐ）小編的理解，高壓電源就是低（dī）溫（wēn）等（děng）離子技術的核心。電壓和（hé）頻率是電（diàn）源能量輸出的（de）兩個重要參數。
氣體中出現的自由電子隻有從一定強度的（de）電場中獲得（dé）能量（liàng）成為高能電子（zǐ），然後才能與氣體分子發生碰撞，將能量傳遞給該分子，使該氣（qì）體分子的（de）外層電子脫離核的束縛，從而產生更多的自由電（diàn）子和帶正電的離子。
頻率的提高會增加單位時間（jiān）內局部放電的平均脈衝個數，放電的重複（fù）率增加。但研（yán）究結果表明，當電壓（yā）一定時，汙（wū）染物的去除率隨頻率的提高先增加後減小。在實際應用中，應充分考慮電源與（yǔ）等離子體反應（yīng）器的匹配（pèi）關係，並充（chōng）分考慮諧振帶來（lái）的影響。
光催化氧化技術
光催化氧化技術（shù），主要利用（yòng）光敏催化劑在一定量的光（guāng）照射下激發（fā）產（chǎn）生的電子-空穴對，與（yǔ）吸附（fù）在催化（huà）劑麵積的溶解氧（yǎng）和水分子等發生作用，進而（ér）產生·OH與·O2-等強氧化性自（zì）由基，再通過與汙（wū）染物的羥基加和、取代、電子轉移等方式礦化，最（zuì）終實現VOCs的降解。說白了，光催化氧化反（fǎn）應所需的（de）能量主要來（lái）源光照能量。
1、TiO2具有較高的化學（xué）穩定性和催化活性，且價廉無毒，所以是目前最常用的光催化劑之一。其常（cháng）用（yòng）的晶型結構有2種（zhǒng）：銳鈦礦型（xíng）和金紅石型。金（jīn）紅石型相（xiàng）對更穩定（dìng），即使在高（gāo）溫的情況下也難以發生分解和轉化。並且金紅石型TiO2的（de）禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度是3.2eV，也就是說，引發銳鈦礦型TiO2進行光催化反應所需的光能量（liàng）需大於3.2eV，金紅石型TiO2僅需大於3.0eV。對於銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發波長需要小於387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧化技（jì）術（shù），那肯定（dìng）得有“光”和“催化劑”共（gòng）同作用才行。
對於（yú）光，有兩個參（cān）數：波（bō）長與光強。隻有吸收了（le）一定波長範圍內的光，TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量，在（zài）其表麵會產生電（diàn）子（zǐ）-空穴。研究結果表明，短波長的紫外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有利於生成更多的·OH，從而加快光催化反應活（huó）性。而表示（shì）單位時間內、通過單（dān）位橫截麵（miàn）光能大小的光強，直接決定了紫外光所提供的總能量是否足以使周圍（wéi）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且紫外光達到（dào）一定強度（dù）。
對於催化劑，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（yīng）麵就越大，電子-空穴（xué）的簡單複（fù）合率就小，光催化活性也（yě）就高；若在TiO2中摻雜金屬或非金屬粒子，還可拓展其（qí）可接受的光照射（shè）響應範圍；因（yīn）為銳鈦礦型具有強吸附氧氣能力，金（jīn）紅石型具有較（jiào）高的光利用率，二者的（de）混晶型物質在光催化性能方麵的（de）表現要比（bǐ）單（dān）一晶型物質要（yào）好。其它影響光催化活性（xìng）的因素還包（bāo）括，孔隙率、平均孔徑、表麵電荷、焙燒（shāo）溫度、純度等。
水蒸氣也是在（zài）光催（cuī）化反應不可忽視的因素。因為水分（fèn）子（zǐ）提供了可俘獲空穴的羥基（jī），進而產生自由基·OH，反應中適量的水蒸氣有利於反應的進行（háng），但如果水蒸氣過多，會在（zài）TiO2表麵產生競爭（zhēng）吸附，反而不利於光催化的進行。
此外，廢氣的初始濃度和（hé）在反應器（qì）內部的停留時間，也（yě）直接影響光催化氧化技術的去除效果。從目前的實驗室數據結果看（kàn），在各（gè）條件優化後的（de）情況下（xià），處理濃度10mg/m3的甲醛尚需（xū）30min才能達到（dào）70%的（de）去（qù）除效率。小編就在想，國內的VOCs治理公司應該采用的（de）是“宇宙級黑科技”光（guāng）催技術，用不到3s的反應時間處理著不知比10mg/m3高多（duō）少倍的VOCs廢氣！

（來源：VOCs管（guǎn）理與（yǔ）技術交流驛站）