挥发性有机物处理新技术的研究进展

刘景帅

(烟台清敏科技咨询有限公司，山东 烟台 265400)

挥发性有机物VOCs可以形成臭氧，也是PM2.5的主要构成物质，这一物质的存在可以导致雾霾天气，其所产生的化学烟雾严重威胁着人体健康。对挥发性有机物进行治理是环境治理的重要内容。基于此，探究挥发性有机物的处理新技术具有重要意义。

1 VOCs的来源及危害

所有熔点低于室内温度且沸点范围为50℃～260℃的挥发性有机化合物都是VOCs。工业领域是VOCs的主要排放来源。油漆等有机材料应用过程中产生挥发与转变也会产生VOCs。在紫外线的照射下，VOCs中含有的碳氢化合物与NOx会发生光化学链式反应，同时会形成光化学烟雾，对环境产生污染，导致生态环境遭到破坏。同时，VOCs进入人体后，会对人的肝肾功能产生破坏性改变，或会引发神经中枢病变。目前，社会各界对VOCs污染的关注度不断提升，对VOCs的治理不断进行技术创新，这是环境治理的必然需求。

2 挥发性有机物处理新技术研究

挥发性有机物的处理技术主要有两种，一种是预防性措施，主要是对工业领域排放VOCs物质的设备进行更新或进行工艺创新与改进。另一种方式是对VOCs进行控制，这是指对挥发性有机物进行处理，也是当前最主要的VOCs污染控制方式。其主要可以分成回收技术与销毁技术两种。回收技术采用的是物理方式进行VOCs的处理。除了较为常见的吸收技术与吸附技术以外，还有冷凝技术以及最新出现的膜分离技术。销毁技术采用的方式主要是化学与生物处理方式。近年来，应用较为广泛的是热力焚烧技术与催化燃烧技术、低温等离子体技术与光催化技术等新型处理技术。

2.1 生物分子转化法

生物分子转化法可以直接将废气中的有害物质运用生物分子进行转换，变废为宝，转变成可利用的无害物质。该做法不仅成本低廉，上手快，操作简单，而且适用范围较大，是未来应重点扶持和推广的技术。

2.2 低温等离子体技术

该技术是通过外加电场而实现高压脉冲放电，于常温环境下实现高能电子、离子以及自由基等多种活性粒子的有效分离，使之与VOCs分子产生作用而产生电离反应、离解反应，或者使VOCs分子出现等离子体物理或化学反应，进而使VOCs物质分解成为二氧化碳与水分子。根据放电形式的不同，此技术共有三种不同方法：电子束照射法、介质阻挡放电法、电晕放电法。从技术与经济角度分析，低温等离子体技术的优势较为明显，目前相关专家对此技术展开了大量的研究。研究重点是利用此技术进行乙稀、三苯等废气的降解，以提高其脱除率。然而这种技术的劣势也较为明显：第一，其会形成臭氧气体，对设备的腐蚀性也较高，对环境也有一定程度的污染。第二，处理时会产生X射线辐射作用。第三，选择性较差，在高能电解过程中会降解出Nz和一氧化碳，资源浪费现象较为严重。第四，该技术需应用专业度较高的设备，处理成本较高，设备运行稳定性差，且能耗过高。基于这些缺点，低温等离子体技术在工业领域的应用并不广泛。

2.3 新型纳米材料光催化技术

光催化技术是近年来新出现的VOCs处理技术。此技术主要使用光催化活性较强的半导体催化剂实现与VOCs分子的有效接触，再通过紫光线进行照射，激发出光催化剂的效果，产生电子空穴反应，进而使VOCs分子表面的OH-与H2O的氧化而形成OH·。由于OH·的氧化性较强，其可以实现对VOCs的降解，使之分解成为一氧化碳、水分子或无机小分子物质。在此技术中，光催化剂是重要的处理成分。目前，运用较为广泛的光催化剂有TiOG与非TiO体系两类。前者属于基光催化剂的范畴。纯TiO与性质发生改变后的TiO2是此类光催化剂的主要成分，在所有催化剂成分当中，TiO2以其较高的催化活性、明显的化学稳定性、无毒性的特点以及广泛的获取源而在工业领域得到了广泛的应用。在对光催化剂的研究方面，不仅对光催化剂的制备进行研究，还对其作用原理、工程化方式展开了分析，同时还涉及技术的应用以及产品的开发等多个方面，研究效果显著。然而光催化剂也有一定的缺点：第一，光催化分解过程中会形成有害物质，导致二次污染。第二，催化环境中VOCs的含量不足时，催化效率不理想。第三，催化剂自身的量子效率偏低，难以实现有效固定。第四，催化剂的负载不均衡，常会出现催化剂活性丧失的情况。

随着研究的深入，发现，将新型纳米材料与光催化分解法相结合应用时，使苯系物迅速降解，基本不产生二次污染，效率相比单一技术有明显提高，且纳米材料的取材和用料更加环保和安全，是化学科技在挥发性有机物(VOCs)治理技术上取得的新进展和新突破。

2.4 膜分离技术

与其他膜分离过程相比，膜分离技术进行VOCs处理过程与之完全相同，都需采用天然膜或人工合成膜，通过不同物质对膜的不同穿透性与过滤效果而实现VOCs分子的分离。在膜分离装置当中，膜元件是其中重要的结构。较为常见的膜元件不仅有平板膜，还有中空纤维膜。此外，卷式膜的应用也较多。前两种膜在VOCs的分离与回收中应用较为广泛，但是在多种因素影响下，分离效果存在一定差异。目前，膜分离技术逐渐发展成熟，并分为多种技术类别，其中，蒸汽渗透得到了广泛的应用，气体膜分离与膜接触器的应用效果也较为理想。

在多个行业领域，膜分离技术都得到了不同程度的应用。该技术不仅操作简便，能源消耗较小，同时对VOCs处理时有较高的回收率，且不会产生二次污染。作为新兴技术，膜分离技术可以实现对高浓度VOCs的处理。膜分离技术应用的关键是膜材料的材质，主要可以分为有机膜与无机膜两种。目前，如能解决无机膜的稳定性，提高膜反应器的密闭程度，膜分离技术将可以实现在工业领域的广泛应用。

3 结语

挥发性有机物处理的三种新技术现已取得良好的试验成果，未来必将在工业领域得到广泛应用。由于不同行业产生的VOCs种类各不相同，所以仅采用一种处理技术难以实现高效率的挥发性有机物处理。基于此，应采用多种处理技术组合应用的方式，发挥出各种处理方式的优势，以提高处理效果。对此，未来还需进一步深入研究，以实现挥发性有机物处理技术的提升与优化。