VOCs 光催化氧化技術在印刷行業中的應用

崔建蔚

（太原市華特森環境技術有限公司，山西 太原 030024）

VOCs，簡單的說，就是在常溫常壓下具有揮發性的所有有機化合物的總稱。不僅本身對環境和人體健康有害，而且可以在光的作用下發生化學、物理反應生成二次污染物PM2.5 和O3，對人體和環境產生更大的危害，是影響空氣質量優良天數的重要因素。

1 光催化氧化技術概述

光催化氧化技術工作原理就是利用特制的高能高臭氧UV 紫外線光束照射廢氣，裂解工業廢氣，使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉變成低分子化合物。如CO2、H2O 等。紫外線光束分解空氣中的氧分子產生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭氧。臭氧對有機物具有極強的氧化作用，工業廢氣利用排風設備輸入到凈化設備后，凈化設備運用高能UV 紫外線光束及臭氧對工業廢氣進行協同分解氧化反應，使工業廢氣物質其降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風管道排出室外。光催化反應主要在催化劑表面進行，借助半導體光催化劑對一定波長內的光響應性能進行反應，利用光子的作用，改變還原反應和氧化反應。常用的光催化氧化催化劑一般為二氧化鈦，利用二氧化鈦進行光催化時，二氧化鈦接受特定波長的光子后，對其全部吸收，產生帶有負電的光生電子，與吸附在表面的物質發生化學反應。

2 光催化氧化技術在包裝紙箱印刷中的應用

VOCs 是形成細顆粒物（PM2.5） 和臭氧（O3）的重要前體物，對氣候變化也有重要影響。VOCs不僅廣泛產生于各個工業行業生產制造中，而且可以從任何生產設備的開口和隙縫中泄漏到空氣中，來源非常廣泛。而相對于顆粒物、二氧化硫、氮氧化物污染控制，我國VOCs 管理基礎薄弱，已成為大氣環境管理短板。通過對京津冀及周邊地區源解析分析，現階段有機物（OM） 是PM2.5最主要組成部分，其中二次有機物占OM 比例為30%～50%，主要來自VOCs 轉化生成；同時也是O3生成的主控因子。由于VOCs 對環境造成的影響越來越顯著，生態環境部先后出臺了《涂料、油墨及膠粘劑工業大氣污染物排放標準》（GB37824-2019）及《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB37822-2019），山西省出臺了《山西省重點行業揮發性有機物（VOCs） 2017 年專項治理方案》中包裝印刷排放標準，排放標準見表1。

表1 有組織源排放參考限值

在包裝紙箱印刷行業油墨通常使用醇、芳烴等揮發性物質作為溶劑或稀釋劑，在使用過程中作為溶劑的VOCs 氣化進入大氣中。為了遏制VOCs 對大氣的影響我國出臺了相關政策，提倡從源頭替代。通過使用水性、植物基等低VOCs含量的油墨，從源頭減少VOCs 的產生，但并不能完全消除VOCs 的排放。山西省太原市清徐縣某包裝紙箱印刷企業生產食品用包裝紙箱，在外購的三層瓦楞紙板上印刷所包裝產品的相關文字及圖案，印刷完成干燥后，裁剪成客戶所需的規格和大小出廠。由于環保要求及油墨的更新換代，該企業采用水性油墨進行印刷生產，水性油墨是指采用水并加入少量乙醇作為稀釋劑，采用苯乙烯-丙烯酸酯類或松香酯類等水溶性樹脂作為連接劑，并加入適量的顏料和助劑。該企業所使用的水性油墨成分包括25%的苯乙烯-丙烯酸樹脂，30%的水，10%的乙醇，20%的顏料，10%的三乙胺，5%的消泡劑等其他助劑，生產設備為2400 型水墨印刷成型機，油墨為水性油墨，印刷采用柔版印刷。在印刷過程中，苯乙烯-丙烯酸樹脂會散發出氣味，乙醇和三乙胺會揮發出VOCs，因此，在包裝印刷過程中采用合理的處理設施顯得尤為重要。由于印刷油墨質量的改進及溶劑成分的改變，采用水性油墨的凸版印刷工序排放的VOCs 濃度較低，一般在50～400mg/m3之間，因此對VOCs 的收集極為重要，在印刷輥筒上方設置密閉集氣罩，盡可能將揮發出的有機廢氣完全的收集進入處理設施，經處理后通過15米的排氣筒排放。為了保證最佳的處理效果并保證異味的不逸散，在光催化氧化實施后附加活性炭吸附，凈化效率可達90%以上。不同排放濃度的VOCs 有相應的處理方法，光催化氧化技術并結合活性炭吸附通常應用于低濃度有機廢氣及惡臭異味的處理，可以達到良好的處理效果并滿足排放標準的要求，且工程造價在企業可接受的合理范圍內。

3 總結

VOCs 光催化氧化技術適宜于處理低濃度有機廢氣，即使企業有機廢氣在極低的濃度下仍然可以達到良好的處理效果，處理后廢氣濃度甚至可以在1mg/m3以下。企業在考慮環保設施有效性的同時也遵循經濟適用原則，光催化氧化技術在處理低濃度有機廢氣時，其反應條件溫和易控，效率高，降解能力強，而投入成本比較低，同時能源消耗小，并且操作簡單，在大氣污染治理中得到普遍應用。綜上所述，光催化氧化技術并結合活性炭吸附處理有機廢氣可以達到理想的處理效果，投資小，運行穩定，對仍在研發改進階段的低VOCs 油墨是行之有效的處理方法。