TiO2光催化氧化处理VOCs技术和应用

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1、TiO2光催化氧化处理VOCs技术及应用摘要本文主要对利用TiO2光催化来处理挥发性有机物的技术原理和受影响因素及研究的方向进行简要的概括和论述。并对光催化技术的应用现状进行一定的讨论和说明。关键词TiO2，光催化，vocs，技术1.前言1.1VOCs(挥发性有机污染物)VOCs即是在常温下饱和蒸汽压大于71Pa或者常压下沸点低于2600C的有机化合物；也有将常压下沸点低于1000C或是在250C时饱和蒸汽压大于133Pa的有机化合物称为VOCs[1]。VOCs主要来源于石油。它们主要来源于石油化工行

2、业所排放的废气;造纸、油漆、涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业所排出的有机溶剂;交通工具所排放的废气及其他可能排放有毒有害有机废气的污染源。挥发性有机废气对环境、动植物的生长及人类健康造成了极大的危害,VOCs通过呼吸系统、皮肤进入人体后，对人呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性或永久性损伤，尤其苯类和苯并芘类多环芳烃具有致癌作用[2]。许多发达国家都颁布了相应的法令限制VOCs的排放。我国1997年颁布并实施的《大气污染物综合排放标准》中,限定了33种污染物的排放限值,其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发

3、性有机物[3]。1.1VOCs新型控制技术简述由于法例、社会关注及实际需要，各种VOCs的控制技术在逐渐发展。1.2.1生物过滤净化技术生物过滤净化技术处理有机废气是近年来发展起来的空气污染控制技术。在20世纪80年代后期,德国应用这一技术处理VOCs取得了成功,该工艺在荷兰、日本、瑞士、澳大利亚、美国等国都得到了较广泛的应用[4]。在中国,昆明理工大学、同济大学、西安建筑科技大学等单位的研究人员对此技术也进行了探索和尝试。生物净化技术具有设备简单,运行费用低、较少形成二次污染等优点,尤其在处理低浓度

4、、生物可降解性好的气态污染物时更显其经济性。但氧化分解速度较为缓慢，生物过滤需要很大的接触面，过滤介质适宜的ph难以控制，有些难于氧化的恶臭难以脱净。1.2.2膜基吸收净化技术膜基吸收净化技术是采用中空纤维微孔膜,使需要接触的两相分别在膜的两侧流动,两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上,这样就可避免两相的直接接触,防止了乳化现象的发生。与传统膜分离技术相比,膜基吸收的选择性取决于吸收剂,且膜基吸收只需要用低压作为推动力,使两相流体各自流动,并保持稳定的接触界面。膜基吸收净化技术处理有机废气中的VOC

5、s,具有流程简单、VOCs回收率高、能耗低、无二次污染等优点。但在优势膜和吸收液的选择上要进行潜心研究,而且操作压力的控制也是此技术的关键所在。张林[5]和徐志康等对此技术的研究进展也作了相应的评述。1.2.1微波催化氧化技术微波空气净化技术是由填料吸附——解吸技术发展而来,是将传统解吸方式转变为微波解吸,微波能的应用大大减少了能量的消耗,并缩短了解吸时间,而且吸附剂经20次解吸后基本上保持原有吸附能力。微波解吸技术对空气的净化基本上与其在水处理中的应用类似,解吸原理都可以用“容器加热理论”和“体积加

6、热理论”加以解释[6]。国内外在水处理中均有此方面的成功应用,而在空气净化中的应用,国外已有小规模的成功范例,国内尚处于起步阶段。1.2.2等离子体催化氧化法等离子体按其粒子的温度，可分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体，在环保领域应用的等离子体多属于非热平衡等离子体。利用这些高能高活性的粒子，与VOCs分子发生碰撞，破坏其结构，并发生一系列的自由基反应，使其最终降解成为CO2和H2O等无害物质[7]。不过，单纯的非热平衡等离子体对VOCs的脱除效率和能量利用率并不高，而且在降解过程中可能会产生有害副

7、产物，造成二次污染。为此，为了克服单独非热平衡等离子体VOCs处理技术的缺陷，不少研究者将非热平衡等离子体和化学催化组合起来处理VOCs，研究表明脱除率、能量利用率和CO2选择率都有显著提高。1.2.1变压吸附技术（pressureswingadsorption，psa）变压吸附的基本原理是利用其体组分在固体材料上吸附特性的差异及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变化过程实现气体的分离或提纯。PSA气体分离工艺在石油、化工、冶金、电子、国防、环境等方面广泛应用。具有以下优点[8]：（1）适

8、用于高浓度有机废气（2）价格低（3）室温操作等。国外在酮类、芳香烃、醇类净化回收以及一些高沸点有机物净化回收领域已取得较多成果[9]。1.2.2光催化氧化法光催化氧化法是利用催化剂的光催化活性，使吸附在催化介质表面的VOCs发生氧化还原反应，最终转化为二氧化碳、水及无机小分子物质。由于TiO2价格低廉而来源广泛，对紫外光吸收率高，抗光腐蚀性、化学稳定性和催化活性高，且没有毒性，对很多有机物有较强吸附作用，因而成为实验研究中最常用的光催化剂。光催化氧化法的