探討光催化氧化技術在VOCs廢氣治理過程中存在的難點

張峰 唐奇峰 孫坤泉 呂玉輝 付燕峰

青云環境工程（浙江）有限公司

前言：VOCs是指揮發性有機污染物，其沸點在50-260℃之間，室溫條件下污染物的飽和蒸氣壓大于133.3Pa，表現出較強的易揮發性，會釋放刺激性氣味，引發環境污染，影響人體健康。針對VOCs廢氣的危害，已研究出多種處理方法，如電暈法、吸附法、膜分離法等，光催化氧化技術的應用最為廣泛。

一、VOCs廢氣傳輸難點

在光催化氧化技術應用中，需將VOCs廢氣從污染源傳輸至光催化劑表面，方可有效治理VOCs廢氣。針對不同環境下不同污染特點，技術人員需采取差異化VOCs廢氣傳輸方式，確保區域環境中的所有VOCs廢氣傳輸至光催化劑表面，得到有效治理。

對于室內環境來說，產生VOCs廢氣的污染源較多，VOCs廢氣傳輸難度較高。技術人員可在室內設置鼓風機，利用空間內的空氣強制流動，將VOCs廢氣傳輸至光催化劑表面。

對于大氣環境來說，技術人員可通過固定床反應器配置光催化劑，利用反應器涂層表面的光照，縮短光催化劑和VOCs廢氣的距離，帶動大氣流動，為VOCs廢氣治理奠定基礎[1]。

二、光催化氧化技術參數控制難點

在光催化氧化技術中，反應時間、濕度和光子利用率，均會影響VOCs廢氣治理效果，技術人員需做好參數控制工作，切實發揮光催化氧化作用。就反應時間而言，不同區域的揮發性有機物濃度不同，最佳光催化氧化反應時間不同。為控制反應時間，獲得最佳治理效果，技術人員可將光催化氧化系統設置在主空氣管路旁路區域，以此調節氣體被照射的時間。

就濕度而言，技術人員可通過涂布膜反應器的涂層，調節光催化氧化反應中的甲苯、三氯乙烯及丙醇降解過程，減少光催化劑對水分子的依賴，規避濕度對VOCs廢氣治理的影響。

就光子利用率而言，技術人員可通過光子→電荷轉換效率的提升，避免光催化氧化反應中出現電子-空穴復合現象；通過無用（不可被吸收，也不能達到光催化劑表面）光子數目的控制，避免重組現象的出現，進而提高光子利用率，強化光子效應[2]。另外，在VOCs廢氣治理中，光催化劑的種類也會影響光子利用率，技術人員可選擇長波長的光催化劑，在普通光催化劑的氧位點或二氧化鈦顆粒晶界等結構中添加氮、碳或硫等物質，實現光子利用率提高的目標。

三、光催化劑的失活問題

在光催化氧化技術治理VOCs廢氣時，光催化劑失活是最常見的問題。同時，在分析光催化劑性質時，雖然實驗室能夠模擬光催化氧化反應環境，但與真實環境條件仍舊存在一定差距，使光催化劑分析結果出現偏差，影響光催化劑作用的最大化。就目前已知的光催化劑性質而言，VOCs廢氣中的三氯乙烯、VSCCs（揮發性含硅化合物）、芳香族化合物等物質，均會使光催化劑失活，影響VOCs廢氣治理效果。其中，VSCCs的影響最大，即使環境中VSCCs的濃度偏低，也會導致光催化劑失活。就此，本文將VSCCs為研究對象，分析光催化劑失活問題的解決方法。

在明確光催化劑失活主要物質的基礎上，技術人員可選擇合適化學物質，處理VSCCs，避免其對光催化劑造成負面影響。目前常用的VSCCs處理方法有兩種：其一，分解VSCCs，向光催化氧化反應中添加二氧化鈦晶體等分解硅化合物的摻雜劑，避免硅氧烷吸附至光催化劑表面，引發失活問題；其二，鈍化VSCCs，利用先進處理系統，在VSCCs未到達至光催化劑表面時，對其進行氧化處理。該處理系統包括吸附過濾器、等離子體設備、光催化劑、紫外光源及熱源等。在實踐應用中，利用吸附過濾器將VSCCs吸附至過濾器表面，關閉等離子體設備與加熱器，開啟紫外光催化系統。在一段時間后，開啟加熱器，對過濾器吸附的VSCCs進行解吸附處理；再開啟等離子體設備，將VSCCs轉變為二氧化硅，聚集在偏置電極，避免光催化劑失活。

四、光催化氧化中的吸附問題

在光催化氧化反應中，吸附問題體現在污染物和載體兩方面。在污染物吸附中，VOCs廢氣在光催化劑表面的吸附難度較高，技術人員可通過光催化劑表層材料與參數的調節，提高VOCs廢氣吸附效果。

在載體吸附中，關于光催化劑在基體上的黏附習慣研究較少，但要想延長光催化劑的使用壽命，保障VOCs廢氣治理的持續性，需提高對光催化劑在載體上吸附性能的重視。在VOCs廢氣治理中，黏結劑不僅要具備較強的黏結性能，有效連結光催化劑與載體，還需具備穩定性，避免被光催化劑降解，影響VOCs廢氣治理的持續性。目前學術界主要用以下幾種方法，強化光催化劑在載體上的黏結性能。

第一，將催化劑直接注入多孔材料或纖維骨架中，獲得催化劑薄膜，與載體相連接，無需設置黏結劑；第二，通過溶膠―凝膠方法，以涂布方式，將有機鈦酸酯前驅體設置在基體表層，以熱處理方式連接光催化劑與基體；第三，以快速加熱方式，連接光催化劑與基體；第四，將光催化劑吸附在電沉積金屬結構，如樹狀結構、泡沫狀結構，再與基體連接；第五，選擇有機硅烷聚合物作為黏結劑，利用其無機鍵形成功能，規避光催化劑的化學性能影響，保障光催化劑與基體的有效連接。

結論：綜上所述，在VOCs廢氣治理中，技術人員可通過鼓風機或固定床反應器保障VOCs廢氣精準傳輸；通過處理參數控制，強化光催化氧化效果；通過光催化劑失活物質的處理，保障光催化劑的活性；做好污染物與載體吸附的調節，強化VOCs廢氣的治理效果，盡最大限度發揮光催化氧化技術的優勢。