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霍尼艾格
【中國環保在線 技術前沿】等離子體技術用于VOCs治理模式開始興起，本文詳細介紹了低溫等離子技術降解VOCs的原理，低溫等離子體存在的問題，低溫等離子體技術降解VOCs的改進措施。總體而言，等離子技術有望克服眼前的缺陷，在不久的將來投入大規模應用。
低溫等離子降解VOCs 新型技術有望大規模應用
VOCs，也稱揮發性有機化合物，已知的有300多種，包括非甲烷總烴、苯系物、揮發性鹵代烴、醇類、醚類、脂類、酚類、脂肪酸(醛、酮)、小分子聚合物、可聚合物、硫醇類、胺類等。VOCs治理技術包括回收利用技術和銷毀技術，其中傳統技術有冷凝技術、吸附技術、吸收技術、熱力焚燒法、催化燃燒法和生物降解法，新型技術包括膜分離技術、等離子體法、光解氧化法和光催化氧化法。
新型技術中，對高濃度、易回收、有回收價值的VOCs氣體采用膜分離技術，但對于低濃度、沒有回收價值的VOCs采用等離子體技術、光解氧化技術和光催化氧化技術將其分解為小分子、二氧化碳和水。等離子體技術是新型技術中的一種，現在把等離子體降解VOCs的原理、存在的問題及改進措施介紹如下：
1、低溫等離子技術降解VOCs的原理
低溫等離子體技術降解各種污染物的基本原理如下：
在外加強電場作用下，通過放電介質，電子從電場獲得能量產生高能電子；大量的被電子激發的攜能電子不斷地、快速地轟擊、撕裂污染物分子，污染物分子在這樣的條件下，發生電離、解離和激發等作用，從而成為活性基團；這些活性基團與分子或原子、活性基團與活性基團之間相互碰撞，會引起污染物分子發生一系列復雜的化學、物理反應；這些反應使較復雜的、長鏈的污染物大分子撕裂成為簡單、安全的小分子物質，達到了轉變有毒有害物質為低毒低害、低毒無害、無毒無害的安全物質，從而去除、降解污染物。能量傳遞過程如圖1所示：
因其電離電子后平均產生的能量在10eV左右，在嚴格控制反應條件的前提下，可以實現速度很慢或難以發生反應的化學反應，并且反應速率非常高。低溫等離子體技術在VOCs處理領域中已經成為了具極強優勢的高新技術，并越來越廣泛地得到市場應用，等離子體技術在國內外相關學科界也得到了廣泛關注和高度認同。
2、低溫等離子體存在的問題
1)VOCs濃度較高時，低溫等離子體一般不宜作為獨立的處理單元應用，需與其他處理單元聯合使用，通常作為二級凈化單元才能取得較好的處理效果；
2)廢氣的預處理不到位時，廢氣中的油霧或漆霧等顆粒物進入低溫等離子體凈化設備，沉積在電極或器壁上，積累到一定程度后會引起設備著火；
3)有些化合物在低溫等離子體環境中發生聚合反應，在電極或器壁沉積結焦，積累到一定程度也會引起設備著火；
4)易產生火花放電，在高峰值電壓下，反應器易產生火花放電，火花放電不僅增大電能消耗，而且破壞放電的正常進行，凈化效率低，還存在危險性；
5)廢氣本身或處理系統積累的有機物濃度高，達到了被凈化物質(或混合物)的爆炸極限值，電極放電時造成設備爆炸；
6)對于低溫等離子體設備對設備部件的構型設計、制造精度、嚴密性等要求很高：如對電場頻率、電壓、高頻的脈沖等參數，成套設備中如果其中的某個參數達不到要求，如電壓電低、頻率過高或過低等會對離子體的產生量造成很大的影響，甚至會造成爆炸事件；
3、低溫等離子體技術降解VOCs的改進措施
2017年6月30日天津市安全生產委員會發布了《市安委會辦公室關于吸取事故教訓開展環保治理設施專項安全檢查的通知》，通知中提到：“對采用‘低溫等離子’等可能產生點火能的工藝或設備設施處理易燃易爆揮發性有機物的，要立即停用，并全面進行安全風險評估，嚴防類似事故再次發生”。該通知發布后，引起了業界對低溫等離子體技術處理有機廢氣和惡臭異味氣體處理工程應用的廣泛關注和爭議。
低溫等離子技術作為一種新型VOCs降解技術，雖然在廢氣處理中存在一定的問題，但可以通過等離子體協同光催化降低廢氣處理的安全隱患，并能夠把其推向市場。
、等離子協同光催化的理論分析
VanDurme報道了低溫等離子體協同TiO2去除甲苯有效提高了能量利用率。在背景氣為干空氣，能量密度為17J/L的條件下，等離子體反應器中加入15g的TiO2可以將甲苯的去除率從27±4%提高到82±2%。
藤島昭報道了低溫等離子體協同光催化顯著地分解氨氣，他們認為：等離子體產生的高能基團、反應活性基團與TiO2表面有比較好的接觸，有益于等離子體協同光催化，提高光催化降解效率。并且可以有效減少副產物的產物。
第二、等離子體協同光催化實驗結果
華鈦高科利用原位合成技術在低溫等離子體管表面涂覆、燒結得到具有納米TiO2涂層的等離子體管，甲苯和乙酸乙酯的氣體流經復合凈化裝置的離子體發生器放點區域，利用低溫等離子體放電效應激發納米TiO2的光催化活性，此時等離子體協同光催化對甲苯和乙酸乙酯具有協同處理效果，處理效率與等離子單獨使用相比提高了20-50%，其中乙酸乙酯的降解更為顯著。
另外，由于等離子體協同光催化的影響，大大提高了VOCs的降解效率，等離子管的表面不會累積有機物，所以會大大降低爆炸的危險。
第三、等離子管表面的自清潔效果
TiO2涂層的自清潔效應是涂層的光催化和親水性協同作用的結果。當低溫等離子體發光時，TiO2表面具有自清潔效果，VOCs不會黏附到涂層的表面。TiO2表面超親水性是由于其表面的結構變化：在紫外光的照射下，TiO2價帶的電子被激發到了導帶，電子和孔穴向TiO2表面遷移，在表面形成電子空穴對，電子與Ti4+反應，空穴則同薄膜表面的橋氧離子反應，分別生成Ti3+和氧空位，空氣中的水分子與氧空位結合形成表面羥基，形成物理吸附水層，其表面就會有極強的親水性，與水的接觸角減小到5o以下，甚至水滴可以完全浸潤二氧化鈦薄膜表面，薄膜具有的這種性質稱為超親水性。TiO2涂層在不斷進行光催化降解而除去VOCs，達到自清潔的效果。
第四、其它處理措施
對于含油霧或漆霧等顆粒物的VOCs，應配置過濾等適宜的預處理工藝，確保低溫等離子體處理設備的安全性；對電極和器壁上的沉積物應及時進行清理維護；啟動低溫等離子體單元之前，需先啟動風機吹掃處理系統，以防止放電火花引燃積聚的高濃度有機物等。
等離子體技術是一種新型技術，通過企業研發人員和工程人員的共同努力，克服目前存在的缺陷，一定將在不久的將來大規模應用到VOCs治理設備中。
原標題：低溫等離子體降解VOCs的改進措施
