揮發性有機物處理新技術的研究進展

劉景帥

(煙臺清敏科技咨詢有限公司，山東 煙臺 265400)

揮發性有機物VOCs可以形成臭氧，也是PM2.5的主要構成物質，這一物質的存在可以導致霧霾天氣，其所產生的化學煙霧嚴重威脅著人體健康。對揮發性有機物進行治理是環境治理的重要內容。基于此，探究揮發性有機物的處理新技術具有重要意義。

1 VOCs的來源及危害

所有熔點低于室內溫度且沸點范圍為50℃～260℃的揮發性有機化合物都是VOCs。工業領域是VOCs的主要排放來源。油漆等有機材料應用過程中產生揮發與轉變也會產生VOCs。在紫外線的照射下，VOCs中含有的碳氫化合物與NOx會發生光化學鏈式反應，同時會形成光化學煙霧，對環境產生污染，導致生態環境遭到破壞。同時，VOCs進入人體后，會對人的肝腎功能產生破壞性改變，或會引發神經中樞病變。目前，社會各界對VOCs污染的關注度不斷提升，對VOCs的治理不斷進行技術創新，這是環境治理的必然需求。

2 揮發性有機物處理新技術研究

揮發性有機物的處理技術主要有兩種，一種是預防性措施，主要是對工業領域排放VOCs物質的設備進行更新或進行工藝創新與改進。另一種方式是對VOCs進行控制，這是指對揮發性有機物進行處理，也是當前最主要的VOCs污染控制方式。其主要可以分成回收技術與銷毀技術兩種。回收技術采用的是物理方式進行VOCs的處理。除了較為常見的吸收技術與吸附技術以外，還有冷凝技術以及最新出現的膜分離技術。銷毀技術采用的方式主要是化學與生物處理方式。近年來，應用較為廣泛的是熱力焚燒技術與催化燃燒技術、低溫等離子體技術與光催化技術等新型處理技術。

2.1 生物分子轉化法

生物分子轉化法可以直接將廢氣中的有害物質運用生物分子進行轉換，變廢為寶，轉變成可利用的無害物質。該做法不僅成本低廉，上手快，操作簡單，而且適用范圍較大，是未來應重點扶持和推廣的技術。

2.2 低溫等離子體技術

該技術是通過外加電場而實現高壓脈沖放電，于常溫環境下實現高能電子、離子以及自由基等多種活性粒子的有效分離，使之與VOCs分子產生作用而產生電離反應、離解反應，或者使VOCs分子出現等離子體物理或化學反應，進而使VOCs物質分解成為二氧化碳與水分子。根據放電形式的不同，此技術共有三種不同方法：電子束照射法、介質阻擋放電法、電暈放電法。從技術與經濟角度分析，低溫等離子體技術的優勢較為明顯，目前相關專家對此技術展開了大量的研究。研究重點是利用此技術進行乙稀、三苯等廢氣的降解，以提高其脫除率。然而這種技術的劣勢也較為明顯：第一，其會形成臭氧氣體，對設備的腐蝕性也較高，對環境也有一定程度的污染。第二，處理時會產生X射線輻射作用。第三，選擇性較差，在高能電解過程中會降解出Nz和一氧化碳，資源浪費現象較為嚴重。第四，該技術需應用專業度較高的設備，處理成本較高，設備運行穩定性差，且能耗過高。基于這些缺點，低溫等離子體技術在工業領域的應用并不廣泛。

2.3 新型納米材料光催化技術

光催化技術是近年來新出現的VOCs處理技術。此技術主要使用光催化活性較強的半導體催化劑實現與VOCs分子的有效接觸，再通過紫光線進行照射，激發出光催化劑的效果，產生電子空穴反應，進而使VOCs分子表面的OH-與H2O的氧化而形成OH·。由于OH·的氧化性較強，其可以實現對VOCs的降解，使之分解成為一氧化碳、水分子或無機小分子物質。在此技術中，光催化劑是重要的處理成分。目前，運用較為廣泛的光催化劑有TiOG與非TiO體系兩類。前者屬于基光催化劑的范疇。純TiO與性質發生改變后的TiO2是此類光催化劑的主要成分，在所有催化劑成分當中，TiO2以其較高的催化活性、明顯的化學穩定性、無毒性的特點以及廣泛的獲取源而在工業領域得到了廣泛的應用。在對光催化劑的研究方面，不僅對光催化劑的制備進行研究，還對其作用原理、工程化方式展開了分析，同時還涉及技術的應用以及產品的開發等多個方面，研究效果顯著。然而光催化劑也有一定的缺點：第一，光催化分解過程中會形成有害物質，導致二次污染。第二，催化環境中VOCs的含量不足時，催化效率不理想。第三，催化劑自身的量子效率偏低，難以實現有效固定。第四，催化劑的負載不均衡，常會出現催化劑活性喪失的情況。

隨著研究的深入，發現，將新型納米材料與光催化分解法相結合應用時，使苯系物迅速降解，基本不產生二次污染，效率相比單一技術有明顯提高，且納米材料的取材和用料更加環保和安全，是化學科技在揮發性有機物(VOCs)治理技術上取得的新進展和新突破。

2.4 膜分離技術

與其他膜分離過程相比，膜分離技術進行VOCs處理過程與之完全相同，都需采用天然膜或人工合成膜，通過不同物質對膜的不同穿透性與過濾效果而實現VOCs分子的分離。在膜分離裝置當中，膜元件是其中重要的結構。較為常見的膜元件不僅有平板膜，還有中空纖維膜。此外，卷式膜的應用也較多。前兩種膜在VOCs的分離與回收中應用較為廣泛，但是在多種因素影響下，分離效果存在一定差異。目前，膜分離技術逐漸發展成熟，并分為多種技術類別，其中，蒸汽滲透得到了廣泛的應用，氣體膜分離與膜接觸器的應用效果也較為理想。

在多個行業領域，膜分離技術都得到了不同程度的應用。該技術不僅操作簡便，能源消耗較小，同時對VOCs處理時有較高的回收率，且不會產生二次污染。作為新興技術，膜分離技術可以實現對高濃度VOCs的處理。膜分離技術應用的關鍵是膜材料的材質，主要可以分為有機膜與無機膜兩種。目前，如能解決無機膜的穩定性，提高膜反應器的密閉程度，膜分離技術將可以實現在工業領域的廣泛應用。

3 結語

揮發性有機物處理的三種新技術現已取得良好的試驗成果，未來必將在工業領域得到廣泛應用。由于不同行業產生的VOCs種類各不相同，所以僅采用一種處理技術難以實現高效率的揮發性有機物處理。基于此，應采用多種處理技術組合應用的方式，發揮出各種處理方式的優勢，以提高處理效果。對此，未來還需進一步深入研究，以實現揮發性有機物處理技術的提升與優化。