等离子体联合光催化原理及其在喷漆废气中的应用研究
2016-02-09郑磊戴小平夏友超
郑磊 戴小平 夏友超
（1浙江碧扬环境工程技术有限公司浙江杭州3100072浙江环科环境咨询有限公司浙江杭州310007）
等离子体联合光催化原理及其在喷漆废气中的应用研究
郑磊1戴小平1夏友超2
（1浙江碧扬环境工程技术有限公司浙江杭州3100072浙江环科环境咨询有限公司浙江杭州310007）
喷涂工程会形成大量游离的有机废气，这是空气中可挥发性污染物的根本来源，是造成光化学烟雾等有机污染以及PM2.5污染的产生原因之一。针对这一现象，国家出台了相关的管理策略与行业标准，而在整体的体系环节内如何做好喷漆废气的处置成为了研究热点。等离子体处置方式由于其使用便捷、处理效率高、无等次污染等特性而广受关注。但是在客观层面上也存在着能耗较高、能源转化率较低的客观问题，严重地制约了其应用效果。为此，本文系统总结等离子体联合光催化的处置方式在喷漆废气处理过程当中的具体原理以及应用策略。希望能够为后续的相关实践提供理论基础。
等离子体；光催化；喷漆废气；原理及应用
1 引言
可挥发性有机物在空气污染中所占到的比例虽然不高，但是由于其具有高致癌性、高环境危害以及高迁移性等相关特性而备受关注。尤其是在近年来，随着我国汽车工业、大型机械设备加工产业等迅猛发展，使得可挥发性有机物污染呈现出上升趋势。为了消除此种污染带来的环境危害，我国环境保护部及相关政府机构出台了一系列行业标准与管理措施，这对于规范排放相关污染物具有指导性意义。但是，就污染物的去除与影响消除方面而言，具体的处理措施才是遏制新型环境污染产生的根本途径。针对这一问题，国内外专家学者从源头治理与终端治理两个层面提出了包括物理吸附、化学降解、集中处置、回收利用等有效措施。上述不同的方法与措施在成本、效果、能耗等方面表现不一。其中，应用等离子体联合光催化反应在喷漆废气处置中的应用是一种广为认可的方式，本文也正是以此为研究对象，探究其根本原理以及应用过程当中可能存在的优化与注意事项，旨在为后续的推广与应用提供必要的理论基础与指导性意见。
2 等离子体联合光催化在喷漆废气处置中的原理及其优势
所谓的等离子体处置方式是通过在高压电位的基础上，利用电能将活性化学物质中的电离层充分激发，进而形成可游离的电子单元，通过游离电子单元所产生的磁场作用将有机物内部的稳定化学键转化为单纯以物理电势能连接的弱化物理键。同时利用较强磁场作用，使物理键产生分离效应，最终达到将大分子有机物转化为无害小分子有机物，如CO2、H2O等的根本目的。此种转化方式相对稳定、效率较高，且能达到完全的无害化效果，进而是一种较为理想的处置方法。然而，在实际的应用过程中我们也发现，通过此种方式对喷漆废气进行处置的过程中也存在能耗较高、能源利用效率相对较低等问题与客观不足。为了对上述问题进行有效的规避与优化，自2013年起，部分专家学者探究等离子体与光催化技术的相关联合体系，取得了一定的成效。
所谓的光催化技术是利用太阳能作为催化剂手段，进一步增加相关活性化学物质的活化效率与比例，使得其在后续的化学反应过程当中能够有效地降低活化能需求，减少化学反应熵值，最终达到综合降低能耗的根本目的。二者的连用原理是在等离子体物料构建体系中加入光化学敏感元素，并在实际的应用过程中利用光催化原理进行前置处理，进而使得其能够在较低电压与较低电能消耗的前提下，产生更多的等离子体，为后续的喷漆废气处置提供客观保障。
此种处置方法与模式在后续的具体应用过程中主要存在如下几方面特征与优势。首先，可以降低等离子体物质的投放量，并提高其内活化物质的转化效率，以单位喷漆废气处置量为标准可以降低其综合物料成本；其次，能够进一步降低相关设备对电能与电压的要求，使得设备体积呈现出长大的压缩与削减，为相关设备的小型化与可移动化奠定了坚实的基础；最后，进一步降低了对喷漆废气处置中的能源消耗，并通过应用太阳能的方式客观上提高了能源转化效率，在不降低处置效果的前提下，节约了大量的喷漆废气处置成本。
3 等离子体联合光催化在喷漆废气处置中的应用要点
通过上文的分析，我们对等离子体联合光催化处置方式在喷漆废气处理过程中应用的原理以及相关的优势进行了总结。通过全文的分析，我们可以看出此种模式后续应用价值较大，极具推广意义。然而，在实际的应用过程中我们需要注意如下几个方面。
3.1做好光补偿测算
上述处置方法在理论上可以达到全天候要求。并且做到与实际生产联合，对废气的生产环节进行1:1处置，然而通过基本的原理我们不难看出此种处置方式对于太阳能的要求相对较高，为什么在实际的应用以及相关的设备设计过程中，应该予以充分的考量。通过构建电补偿机制，自动感应太阳能的强弱，当太阳能对于系统无法产生制动激发与催化功能时，应该通过提高电压的方式来予以补充。进而避免由于处理效率降低而带来的环境污染及其排放超标等问题。
3.2此种处置方是体积较小、携带便捷
在实际的使用过程中需要配套完善的空气收集系统来作为其运行保障。同时，此种处置系统在应用运行的过程中需要一定的预热时间，为此相关企业应该做好完善的生产规划，避免喷漆废气生产环节中的头尾超标现象出现。
3.3此种应用模式的前期投入相对较大
主要包括了设备设计与生产，调试与安装等几个环节，且在后续的不断运行过程中需要对等离子体物料进行添加与维护。为此，相关企业要做好完善的管理措施，利用科学的管理手段来进一步降低喷漆尾气的处理成本，达到企业与环境双赢，经济发展与自然生态和谐的根本目的。
4 结语
本文系统的对等离子体联合光催化反应在喷漆废气处置中的应用原理、应用优势等内容进行了总结，并从实际运行的角度提出了几个方面的注意事项。希望通过本文的研究，能够为后续的相关技术推广与应用提供必要的理论基础与实践指导。
郑磊(1982—),男,工程师,主要从事环境影响评价工作。
[1]汤勇.医药化工区挥发性有机废气及防治研究——兼论RTO技术在挥发性有机废气中的应用[J].广东化工,2016,06:139-140.
