大气中挥发性有机物影响因素及处理方法研究进展

2016-12-05何寿明铜仁市环境监测站贵州铜仁554300

低碳世界 2016年22期

关键词：蒸汽压冷凝挥发性

何寿明（铜仁市环境监测站，贵州铜仁554300）

何寿明（铜仁市环境监测站，贵州铜仁554300）

基于空气净化思想普及化发展，人们对空气质量关注度越来越高，挥发性有机物超标不仅影响了空气质量，也容易出现突发性疾病。本文结合挥发性有机物成分及其影响因素，重点介绍了大气挥发性有机物处理的有效方法，旨在保障空气质量稳定性与安全性。

大气；挥发性有机物；因素；催化氧化法

挥发性有机物对空气质量标准造成不利影响，从空气质量安全角度考虑，必须时刻关注挥发性有机物含量，避免超标引起的大气质量问题。因此，深入分析大气中挥发性有机物的影响因素，提出切实可行的应急处理方法，具有实践性意义。

1 挥发性有机物

按照世界卫生组织的定义，挥发性有机物（VOCs）是沸点在50～250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。结合化学性质特点进行划分，挥发性有机物主要有烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类等，涉及到了烃类、卤代烃、氧烃、氮烃等不同成分，这是一种十分复杂的化学混合物质，对大气环境及污染形成了诸多危害性[1]。

2 大气中VOCs的主要来源

空气中的三种有机污染物（多环芳烃、挥发性有机污染物、和醛类化合物）中，挥发性有机污染物是对空气质量影响较为严重的一种。挥发性有机污染物，通常用VOCs（Votatile Organil Compounds）表示，是指在常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点小于260℃的液体或固体有机化合物。挥发性有机污染物有时也用总挥发性有机污染物（TVOC）来表示。世界卫生组织（WHO，1989）对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义是：熔点低于室温，沸点范围在50～260℃之间的挥发性有机污染物的总称[2]。VOCs主要有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃。

煤、石油、天然气是有机化合物的三大主要来源，因而工业上所产生的VOCs大多与煤、石油、天然气有关。以室内大气指标为例，通常室内装修过程中会用到不同类型的材料，这也是挥发性有机物的来源之一，例如，油漆是室内装饰不可缺少的材料，其VOC含量约有0.5～0.8mg·m3，且具有扩散性特点，竣工之后可挥发出80%以上的VOC，这对于大气质量来说是极为不利的。

3 大气中挥发性有机物处理方法

3.1 VOCs处理技术现状

VOCs具有较强的挥发性，在常温下可以蒸汽的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味会对皮肤和黏膜产生影响，对人体产生急性毒性损害。某些VOCs还具有基因毒性。此外，大气中的氮氧化合物，VOCs，氧化剂在阳光的照射下生成光化学烟雾，可刺激人眼和呼吸系统，危害生物体健康[3]。由于VOCs排放分散，在空气中浓度低，处理过程较为复杂。常规方法有冷凝法，吸收法，吸附法，燃烧法，膜分离法，生物法等。生物法在美国、西欧、日本等国家已得到广泛的应用。

3.2 催化氧化法处理应用

催化反应的机理有Langmuir-Hinshelwood途径、Mars-Maessen途径和Mars-van Krevelen机理。Langmuir-Hinshelwood途径描述的是两种物质吸附到固相表面后再进行的双分子反应。

Eley-Rideal途径描述了吸附态组分A与气态组分B之间的反应：

M·Paulis等研究了不同的铂源对甲苯催化氧化性能的影响。结果显示以Pt（NH3）4（OH）2为铂源制备的Pt/Al2O3催化剂活性最高，而以氯化铂为前驱体制备的催化剂不活泼，在220℃下仅有50%左右的转化率。以PdCl6为铂源的效果更惨。所以铂源中的氯含量越多，催化剂对甲苯的催化活性越低。Gutierrez-Ortiz等研究了以CeO2、ZrO2、Ce0.5Zr0.5O2、Ce0.15Zr0.85O2为催化剂催化氧化氯代己烷、1，2二氯乙烷、三氯乙烯。发现随着锆原子的掺杂比例提高，催化剂的活性上升。可能的原因是由于ZrO2进入CeO2的晶格中造成晶格畸变，这样提高了晶格氧的移动速率。这样，还原过程不再局限于晶格的表面，而进入催化剂晶体内部，显著的降低的氯代烃的反应温度。

3.3 冷凝法处理VOCs

冷凝法的操作较为简单，不仅可以去除有害废气，而且可以回收利用。冷凝的原理是利用VOCs在不同的温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压，降低系统温度或提高系统压力即可以使处于蒸汽状态下的VOCs从气相中分离出来。因为不同污染物的饱和蒸汽压不同，利用冷凝的方法可以分离不同的污染物。为了提纯VOCs，还可以使用多级冷凝串联。冷凝法适合高浓度和高沸点的VOCs回收，不适合处理中等和高挥发性有机物。

3.4 吸收法处理VOCs

吸收法又称洗涤法，是采用低挥发或不挥发溶剂吸收VOCs，然后利用VOCs与吸收剂的物理性质差异将二者分离的净化方法[4]。有机废气与吸收剂接触后被吸收，而后在高于吸收温度或低于吸收压力的条件下解吸，这样，被解吸的VOCs气体和吸附剂便可以重复利用。

3.5 吸附法处理VOCs

吸附法是采用吸附剂吸附空气中的VOCs。其原理是吸附剂有较大的表面积，对废气中所含的VOCs发生物理吸附，过程可逆；当吸附达到饱和后，再用热空气或水蒸气脱吸，再生的活性炭循环使用。吸附剂通常为活性炭[5]。活性炭对VOCs的混合蒸汽的吸附是有差别的，一般来讲，化合物的被吸附特性与其相对挥发性近似呈负相关。

3.6 燃烧法处理VOCs

燃烧法是氧化有机物最为剧烈的方法，原理是用过量的空气使VOCs燃烧，或在高温下分解有害物质，燃烧放出大量的热可以回收利用，此法可用于化工、喷漆、绝缘材料等行业所放出的有机废气。燃烧法主要有直接燃烧法、热力燃烧法、催化燃烧法、蓄热式燃烧法以及蓄热式催化氧化法。