探讨光催化氧化技术在VOCs废气治理过程中存在的难点

张峰 唐奇峰 孙坤泉 吕玉辉 付燕峰

青云环境工程（浙江）有限公司

前言：VOCs是指挥发性有机污染物，其沸点在50-260℃之间，室温条件下污染物的饱和蒸气压大于133.3Pa，表现出较强的易挥发性，会释放刺激性气味，引发环境污染，影响人体健康。针对VOCs废气的危害，已研究出多种处理方法，如电晕法、吸附法、膜分离法等，光催化氧化技术的应用最为广泛。

一、VOCs废气传输难点

在光催化氧化技术应用中，需将VOCs废气从污染源传输至光催化剂表面，方可有效治理VOCs废气。针对不同环境下不同污染特点，技术人员需采取差异化VOCs废气传输方式，确保区域环境中的所有VOCs废气传输至光催化剂表面，得到有效治理。

对于室内环境来说，产生VOCs废气的污染源较多，VOCs废气传输难度较高。技术人员可在室内设置鼓风机，利用空间内的空气强制流动，将VOCs废气传输至光催化剂表面。

对于大气环境来说，技术人员可通过固定床反应器配置光催化剂，利用反应器涂层表面的光照，缩短光催化剂和VOCs废气的距离，带动大气流动，为VOCs废气治理奠定基础[1]。

二、光催化氧化技术参数控制难点

在光催化氧化技术中，反应时间、湿度和光子利用率，均会影响VOCs废气治理效果，技术人员需做好参数控制工作，切实发挥光催化氧化作用。就反应时间而言，不同区域的挥发性有机物浓度不同，最佳光催化氧化反应时间不同。为控制反应时间，获得最佳治理效果，技术人员可将光催化氧化系统设置在主空气管路旁路区域，以此调节气体被照射的时间。

就湿度而言，技术人员可通过涂布膜反应器的涂层，调节光催化氧化反应中的甲苯、三氯乙烯及丙醇降解过程，减少光催化剂对水分子的依赖，规避湿度对VOCs废气治理的影响。

就光子利用率而言，技术人员可通过光子→电荷转换效率的提升，避免光催化氧化反应中出现电子-空穴复合现象；通过无用（不可被吸收，也不能达到光催化剂表面）光子数目的控制，避免重组现象的出现，进而提高光子利用率，强化光子效应[2]。另外，在VOCs废气治理中，光催化剂的种类也会影响光子利用率，技术人员可选择长波长的光催化剂，在普通光催化剂的氧位点或二氧化钛颗粒晶界等结构中添加氮、碳或硫等物质，实现光子利用率提高的目标。

三、光催化剂的失活问题

在光催化氧化技术治理VOCs废气时，光催化剂失活是最常见的问题。同时，在分析光催化剂性质时，虽然实验室能够模拟光催化氧化反应环境，但与真实环境条件仍旧存在一定差距，使光催化剂分析结果出现偏差，影响光催化剂作用的最大化。就目前已知的光催化剂性质而言，VOCs废气中的三氯乙烯、VSCCs（挥发性含硅化合物）、芳香族化合物等物质，均会使光催化剂失活，影响VOCs废气治理效果。其中，VSCCs的影响最大，即使环境中VSCCs的浓度偏低，也会导致光催化剂失活。就此，本文将VSCCs为研究对象，分析光催化剂失活问题的解决方法。

在明确光催化剂失活主要物质的基础上，技术人员可选择合适化学物质，处理VSCCs，避免其对光催化剂造成负面影响。目前常用的VSCCs处理方法有两种：其一，分解VSCCs，向光催化氧化反应中添加二氧化钛晶体等分解硅化合物的掺杂剂，避免硅氧烷吸附至光催化剂表面，引发失活问题；其二，钝化VSCCs，利用先进处理系统，在VSCCs未到达至光催化剂表面时，对其进行氧化处理。该处理系统包括吸附过滤器、等离子体设备、光催化剂、紫外光源及热源等。在实践应用中，利用吸附过滤器将VSCCs吸附至过滤器表面，关闭等离子体设备与加热器，开启紫外光催化系统。在一段时间后，开启加热器，对过滤器吸附的VSCCs进行解吸附处理；再开启等离子体设备，将VSCCs转变为二氧化硅，聚集在偏置电极，避免光催化剂失活。

四、光催化氧化中的吸附问题

在光催化氧化反应中，吸附问题体现在污染物和载体两方面。在污染物吸附中，VOCs废气在光催化剂表面的吸附难度较高，技术人员可通过光催化剂表层材料与参数的调节，提高VOCs废气吸附效果。

在载体吸附中，关于光催化剂在基体上的黏附习惯研究较少，但要想延长光催化剂的使用寿命，保障VOCs废气治理的持续性，需提高对光催化剂在载体上吸附性能的重视。在VOCs废气治理中，黏结剂不仅要具备较强的黏结性能，有效连结光催化剂与载体，还需具备稳定性，避免被光催化剂降解，影响VOCs废气治理的持续性。目前学术界主要用以下几种方法，强化光催化剂在载体上的黏结性能。

第一，将催化剂直接注入多孔材料或纤维骨架中，获得催化剂薄膜，与载体相连接，无需设置黏结剂；第二，通过溶胶―凝胶方法，以涂布方式，将有机钛酸酯前驱体设置在基体表层，以热处理方式连接光催化剂与基体；第三，以快速加热方式，连接光催化剂与基体；第四，将光催化剂吸附在电沉积金属结构，如树状结构、泡沫状结构，再与基体连接；第五，选择有机硅烷聚合物作为黏结剂，利用其无机键形成功能，规避光催化剂的化学性能影响，保障光催化剂与基体的有效连接。

结论：综上所述，在VOCs废气治理中，技术人员可通过鼓风机或固定床反应器保障VOCs废气精准传输；通过处理参数控制，强化光催化氧化效果；通过光催化剂失活物质的处理，保障光催化剂的活性；做好污染物与载体吸附的调节，强化VOCs废气的治理效果，尽最大限度发挥光催化氧化技术的优势。