光催化氧化法处理挥发性有机废气的分析研究

杨玉峰++葛海泉

摘 要：近几年，我国化工企业的建造进入了一个快速兴起的阶段。不过需要注意的是，很多相应的工业企业对环保缺乏有力的投资，使得大量工业有机废气被排放出去，严重危害了地球的大气环境，威胁到人类的身体健康，更给我国国民经济带来了巨大的损失。我们需要加大力度对相应的有机废气进行治理。针对挥发性有机废气的治理，主要是治理工业生产过程中所产生的废气，下面详细介绍了如何利用光催化氧化法处理挥发性有机废气。

关键词：有机废气；紫外光；废气处理；活性材料

中图分类号：X701 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.105

针对有机废气的处理，国际上很早之前就已经进行了相关研究，并提出了很多科学、有效的控制技术。例如研究较多且正在廣泛应用的冷凝法、吸收法和热破坏法等。不过近几年，有关处理有机废气的技术有了很大的发展，出现了很多新的控制技术，目前这些新型技术包括光催化氧化法、生物膜法、等离子体分解法等。

其中，在治理有机挥发性废气方面，光催化氧化法是一种相对优良的方式，其有着不可替代的优势，例如效益高、能耗小、不会出现二次污染的情况等。本文针对有机废气处理的科学措施，重点为大家介绍了有关光催化氧化法处理挥发性有机废气的内容。

1 挥发性有机废气的特征与处理

针对挥发性有机废气的治理，主要是治理工业生产过程中产生的废气，对其做吸附、净化、过滤等处理，将原本的废气转化为无害无毒的小分子的过程。现在我国化工工业领域所产生的挥发性有机废气有很多种类，其中主要包括甲醛、乙酸乙酯、丙烯酸、漆雾、苯乙烯等等。这些气体具有容易溶于有机溶剂、容易燃烧爆炸、不好处理、难溶于水等特点。

2 利用光催化氧化法处理挥发性有机废气

伴随着我国社会主义科学技术和市场经济的快速发展，有关化工企业的建造也进入了一个快速兴起的成长阶段，但随之而来的是有关企业环保问题的日益突出，相应的企业公司对环保缺乏有力的投资，从而促使大量工业有机废气被排放出去，严重威胁到人类的身体健康，更是给我国国民经济带来了巨大的损失。所以我们有必要加大处理有机废气的力度。

2.1 挥发性有机废气的净化

挥发性有机废气中包括某些酸性气体。这些酸性气体不仅会导致相应设备的使用寿命减少，还可能会大幅度降低光催化氧化的效率。由此可知，我们有必要对挥发性有机废气作好预处理，把其中包含的酸性气体进行剔除，然后再将剩余气体输入净化设备中。因为酸性气体大部分都有易溶于水的特质，所以对挥发性有机废气作的预处理可以用水洗装置来进行。其处理的具体流程为以下几步：①挥发性有机废气收集；②挥发性有机废气经过水洗装置做预处理；③挥发性有机废气经过净化设备进行光解、催化；④气体各指标达标后进行排放。

2.2 挥发性有机废气的光催化氧化

在治理有机挥发性废气方面，光催化氧化是一种新型且优良的处理方式。该处理方式主要是经过UV紫外光照射相应的光催化剂，导致其生出高能电荷-电子空穴对，同时在空气中的O2、H2O等物质的作用下，促使有机挥发性废气借助催化剂表面进行催化，转化为CO2、H2O与其他各种无机小分子物质等。该光催化氧化的反应过程具体如下方程式所示（以TiO2为例）：

Hv+TiO2→h++e-

O2ads+Ti3+→O2ads-+Ti4+

OH-+h+→OH

O2ads→2Oads

Ti4++e-→Ti3+

O2ads+Ti3+→Oads-+Ti4+

将废气输入光解催化净化设备中进行光解、催化氧化。其中，光解主要是将空气里的氧气经过高能UV紫外线进行分解，使其分解为游离态的氧，因为其正负电子不处于平衡状态，所以其非常容易与氧分子结合，从而转化为臭氧（O3），具体的过程如下化学方程式所示：

O2+UV→O（游离态）+O-

O2+O（游离态）→O3

O3的强氧化作用可以导致废气被分解。将紫外线放电管安装在UV高效设备里面，其所产生的光子能量能够高达647 kJ/mol或是642 kJ/mol。这么高的光子能可以将小于该能量的废气分子键快速裂解，促使这些废气转化成无机小分子物质。具体如下表1所示。

经过长时间研究，有机挥发性废气在纳米级别的活性材料以及紫外光能量的共同作用下，可以在短时间内被充分分解，其分解时间可达2～3 s。将纳米级别的活性材料加入到治理废气的净化设备中，并用紫外线对其进行照射。因为大量的光能可以被里面的活性材料所吸收，同时生成h+（空穴）与e-（电子），而其所生成的e-和h+具备相应的氧化还原能力，能够与O2、H2O反应快速生成·O2-（超级阴氧离子）和·OH（氢氧根自由基），这两者有着非常高的氧化能力。·OH能够将有机挥发性废气中的电进行氧化，具有非常强的氧化电位能力，可以促使无光吸收能力物质的氧化分解。

3 结束语

本文为大家详细讲解了利用光催化氧化法处理挥发性有机废气的分析研究内容，例如挥发性有机废气的特征、对其进行治理的详细过程，包括发性有机废气收集、水洗装置预处理、净化设备光解-催化、达标后的气体排放。还简单阐述了常见分子键结合能量、常见有机挥发性废气分子间键结合能和生成物等。

参考文献

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〔编辑：王霞〕