綜合分析了近年來關于去除VOCs的相關技術 進展,指出低溫等離子體處理VOCs技術是一項新興技術,有工藝簡單、適用范圍廣等特點,該技術協同催化能 提高去除率、降低能耗、減少二次污染,為VOCs的去除提供了一個新的技術發展方向。
目前,工業和農業上排放的廢氣(VOC)是重要的大氣污染源之一,會對人體造成慢性損壞甚至中毒危及生命。定義沸點溫度介于50~260℃的各種化合物的集合稱之為揮發性物(VOC)。在于石化、汽車噴涂、印刷等VOC給生產帶來了很大的環境問題。目前已鑒定出的有300多種, 常見的有苯、苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、甲醛等。隨著人們對壞境保護的關注提高,越來越多的學者參與VOCs污染的控制與處理 。
我國每年因為VOCs排放造成的工業污染非常嚴重。效率與運行費用等因素制約了傳統治理技術應用的發展。近年來,低溫等離子體協同催化劑降解VOCs技術被認為是 具有發展前景的技術之一,頗受 者的關注。
1傳統的處理VOCs方法
常見的VOCs處理技術可以分為回收類技術和銷毀類技術兩大類。回收類技術主要有吸附法、生物膜分離法以及冷凝法;銷毀技術主要包括加熱燃燒法、微生物處理技術和低溫等離子體技術。吸附法、燃燒法以及催化燃燒法是較為傳統的控制技術,其中吸附法和催化燃燒法有較為完善的理論基礎與實際經驗,已經 廣泛應用。燃燒法對溫度有較高的要求;冷凝法對高沸點的物效果較好;吸收法對吸收劑的要求較高;生物處理法、膜分離法和光催化法是近些年來 發展的新興技術,雖然理論 已經頗有成果,但是實際中的應用還不夠成熟,在電廠企業中難以推廣;其中低溫等離子體技術作為新興技術,受到 者的廣泛關注。其中吸附技術是利用具有大比表面積的孔狀蜂窩狀結構吸附劑對污染物進行吸附,利用固體表面的分子吸收力與化學鍵力將污染物吸附在固體表面上,實現氣相分離。燃燒法用部分污染物在 溫度條件下易燃的特性,將廢氣直接在1100℃高溫和過量的空氣在湍流的條件下進行 燃燒。燃燒后使揮發性物分解生成CO2、H2O等。生物處理技術是利用微生物的過程將物降解,將VOCs作為碳源維持其生命活動,轉化為簡單的無機物CO2、H2O等的處理方法。光催化技術是在外界可見光作用下發生催化作用,空氣為催化劑,以光為能量將VOCs降解為CO2、H2O等的處理方法。
2等離子體降解機理
低溫等離子技術是由 電子引起的化學反應,依靠等離子體在瞬間產生的電場能量電離、裂解,使正負粒子無法集結在一起成為可以自由移動的離子,從而破壞污染物分子結構。因其工藝簡單、成本低,目前被認為是開創了一種全新的。等離子體是由大量的電子、離子、負離子、電子、中性原子的集合組成,正、負總電荷數相等,整體呈電中性的電離氣體。低溫等離子體是指電子溫度遠大于離子溫度,整個體系表觀溫度較低,故稱為低溫等離子體。
從物理學的角度,對于低溫等離子體去除污染物的機理一般認為是通過氣體放電產生的 電子激發來完成的。氣體中的電子在高壓電場中被加速之后與周圍的分子、原子、電子等粒子發生非彈性碰撞和彈性碰撞,其中分子、原子被激發、離解和電離之后產生 多的自由電子,而新產生的電子又被高壓電場加速,再次發生碰撞、激發和電離使氣體分子或原子激發到 高的能級。其中 電子起主導作用,其化學反應過程分為兩個方面:
(1) 級電子直接作用污染物分子
e+污染物分子→碎片分子
(2) 級電子間接作用氧化污染物分子
e+O2(N2,H2O)→
O+N+OH+O3+污染物分子中性分子
O(N,OH,O3)+污染物分子→碎片分子
電子撞擊背景氣體中的O2、N2和H2O生成O、N、OH和O3等活性粒子,通過這些強氧化性的自由基與污染物基團或分子發生一系列反應, 終將污染物 氧化。
低溫等離子體的產生方式是通過滑動弧放電、射頻放電、輝光放電、電暈放電和介質阻擋放電等氣體放電。其中,用于處理揮發性物的主要是電暈放電和介質阻擋。
電暈放電是當在電極兩端加上較高但是未達擊穿的電壓時,局部電場強度超過了氣體電離場強,使氣體發生了電離和激勵,電極附近的氣體介質會被局部擊穿出現電暈放電。當部分的活性電子與VOCs中具有與C—H、C—C或C=C鍵相近或相同的鍵能時,就會打破這些鍵,進而破壞VOCs的結構。這其中的自由基就可以與物分子或基團發生一系列的反應, 終將物 氧化,將污染物轉化為CO2、H2O等 物質。
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