目前常用的VOC處置或減排技術(shù)有熱氧化、催化氧化、吸附、冷凝或生物過(guò)濾等,它們的不同之處在于對不同濃度和流量范圍的VOC處理?;诠澞?、處理的特點(diǎn),目前研究主要集中于催化燃燒技術(shù),在其中又以低溫催化劑的 、廉價(jià)、長(cháng)生命周期的研究前景 為廣闊。
以來(lái),一直對處置VOC的技術(shù)開(kāi)展著(zhù)大量的研究和應用,下面將對這些處置技術(shù)及進(jìn)展加以介紹,并對 應用前景的一些技術(shù)進(jìn)行評述。
1、低溫等離子體摧化協(xié)同凈化技術(shù)
傳統的VOC的處置方法如液體吸收法、焚燒法和活性炭吸附法等已很難達到 對VOC排放的限制標準。低溫等離子體催化技術(shù)可以解決傳統凈化方法所不能解決的問(wèn)題。等離子體技術(shù)從20世紀80年代就開(kāi)始應用于環(huán)境治理,隨后在研究中發(fā)現低溫等離子結合催化技術(shù)比傳統的單一熱催化或單一等離子體去除率 高。
GheorghiP。Vissokov等認為,固相催化劑的活性是由它們的化學(xué)和物相組成、晶體結構及活性比表面所決定。在等離子體的作用下,催化劑表面會(huì )形成 顆粒(比表面約為100㎡/g,平均顆粒直徑為5~500nm),這將增加催化劑的比表面積,并破壞它們的晶體結構,使其有 多的空穴,從而呈現出高的催化活性。
相比一般的催化劑,等離子體作用后的催化劑有6個(gè)特點(diǎn):①能耗少;②具高度分布的活性物種;③制備時(shí)間短;④有較強的催化劑活性和選擇性,及較長(cháng)的催化劑壽命;⑤催化劑的組成和分散狀況可通過(guò)改變等離子體的化學(xué)參數控制;⑥等離子體的作用可 催化劑中組分的均勻分布,從而降低對毒物的敏感程度。這些特性使該技術(shù)能地處置低濃度、大流量VOC氣體,等離子體與催化技術(shù)相關(guān)聯(lián),展示了其特異的化學(xué)現象和嶄新的應用。
盡管低溫等離子體技術(shù)應用于處理VOC的研究已經(jīng)進(jìn)行了近20年,但目前對于NTP結合催化的相互作用機制及反應動(dòng)力學(xué)機理還不甚明朗;在對反應的中間產(chǎn)物的定性和定量方面的研究還不深入;對等離子體作用下的催化劑結構、凈化性能尚不清楚,且缺乏系統的研究,這些都有待工作者在今后的研究中繼續深入。
2、催化燃燒技術(shù)
催化燃燒是典型的氣一固相催化反應,在催化燃燒過(guò)程中,催化劑的作用是降低活化能,同時(shí)使反應物分子富集于催化劑表面,從而提高反應速率。借助催化劑可使廢氣在較低的起燃溫度條件下,發(fā)生無(wú)焰燃燒,并氧化分解為CO2和H2O,同時(shí)放出大量熱。催化燃燒的反應器有由Matro、和Boreskov等較早報道的流向變換催化燃燒反應器,它集固定床催化反應器和蓄熱換熱器于一體。以來(lái),有很多模擬處理VOC方法的實(shí)驗,研究和改進(jìn)了該裝置的操作參數。蓄熱式熱回收裝置從20世紀70年代末開(kāi)始被應用,2000年以后發(fā)展的是采用陶瓷、礫石或其他惰性材料床吸收氣體熱量。這種裝置去除率很高,可達,且回收率也高。蓄熱式燃燒法在歐洲和 應用得較多·國內也有應用。
催化燃燒中常用的催化劑是貴金屬類(lèi)負載型的Pt,Pd催化劑,如Pd/Al2O3、Pd/ZrO2、Pt/Al2O3、Pt-Pd/Al2O3等,但因價(jià)格昂貴,容易中毒失活,其應用受到了限制。 多被研究的是價(jià)格較便宜,活性又好的非貴金屬催化劑。其中,被認為很有應用前景的VOC催化劑是鈣欽礦型稀土復合氧化物(PTO),它因具有 鈣欽礦(CaTiO2)的結構而被命名。但鈣欽礦的強度低、比表面積小,一種改進(jìn)鈣欽礦型催化劑的方法是將活性物質(zhì)負載在大比表面的活性載體上。同時(shí),結構摻雜是提高鈣欽礦材料催化燃燒活性的一種方法。如Au的摻雜在未改變La0。8Sr0.2MnO2催化劑結構的基礎上,提高了其低溫催化燃燒甲苯的活性同時(shí)明顯增強了催化劑表面氧的活性。
催化燃燒技術(shù)涉及自動(dòng)檢測控制、化工、環(huán)境工程等和催化反應過(guò)程,在我國仍處于發(fā)展階段。今后的發(fā)展方向為:①催化燃燒裝置向大型化、整體型和節能型方向發(fā)展;②提高催化劑性能,研制具有抗毒能力、大空速、大比表面積及低起燃點(diǎn)的非貴金屬催化劑,以降低造價(jià)和使用費用萬(wàn)2幾不。
3、炭吸附與光催化技術(shù)
活性炭制備 、原料充足,具有耐熱、、易 、不溶于水和溶劑等優(yōu)點(diǎn),因此成為目前處體污染物的吸附劑,在處置VOC方面的主要應用是:吸附和負載催化劑后對VOC進(jìn)行光催化降解?;钚蕴考{米管(CNTs)、活性炭纖維(ACF)都是近幾年來(lái)研究比較熱的吸附劑。而對活性炭改性,常用的方法有氧化、還原、負載雜原子和化合物等。
光催化降解VOC是一個(gè)新研究,活性炭應用于光催化主要是由于其能負載各種不同的光催化劑,從而有助于其對VOC進(jìn)行催化降解?;钚蕴控撦d光催化劑的類(lèi)型有:TiO2、MnO2、ZnO及其他金屬離子,利用TiO2納米粒子光催化氧化污染物是環(huán)境污染控制研究的熱點(diǎn)。TiO2可以將污染物降解為CO2和H2O,不會(huì )帶來(lái)二次污染,同時(shí)可逐步提高對光源的利用,有實(shí)際應用潛力。由于活性炭同時(shí)也具有吸附性能,所以在處理VOC時(shí)效果要比普通的催化劑載體好。
炭吸附及光催化降解VOC技術(shù),由于目前的光催化劑光敏性不是很好,無(wú)法在可見(jiàn)光下進(jìn)行 的物降解。在今后, 先需具有高選擇性或強針對性的痕量有毒物的光催化方法以及能夠活化分子氧的光催化體系;其次,加強在 能量轉化形式和增大催化劑的捕光能力上的研究,使其不再制約光催化的實(shí)際應用。
4、生物過(guò)濾技術(shù)
生物滴濾器在 程度上比傳統的生物濾池具有 的去除效果,特別是對低濃度的VOC和惡臭氣體的處理。它具有無(wú)二次污染,抗沖擊和可承受較大的污染負荷,操作簡(jiǎn)單且條件易于控制等優(yōu)點(diǎn),因而一直備受研究者的青睞。影響生物滴濾器對VOC凈化的因素有很多,除了菌種、填料、進(jìn)氣濃度的選擇、溫度、微生物和pH值,還有很多其他的影響因素,在我國的研究雖不很成熟,但也日趨深入,其研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢有將凈化機理在運用中進(jìn)一步的完善和細化;動(dòng)力學(xué)模型中參數和計算的簡(jiǎn)化;將傳統和現代的技術(shù)結合培育出 多 降解污染物的菌種;生物量的累積控制方法和增強生物膜的分析;與其他方法相結合,提高廢氣中污染物的去除效率。
陳子平等的實(shí)驗將生物滴濾器安裝在油漆廠(chǎng)區,與油漆生產(chǎn)時(shí)間同步運行,為8h/d間歇式運行,與穩定的實(shí)驗室條件相比,廢氣具有濃度波動(dòng)和限時(shí)排放等特點(diǎn),其去除率較低。Qi等研究發(fā)現,間歇運行的生物濾池運行2個(gè)月后,其去除率尚不穩定。其原因可能為:VOC濃度過(guò)低時(shí),微生物缺乏營(yíng)養基質(zhì),靠?jì)仍春粑S持活性,難于形成生物膜;較VOC廢氣可使生物膜中微生物獲得 多碳源,利于其增長(cháng)繁殖及提,從而使去除率升高。進(jìn)一步研究表明,處理限時(shí)排放和濃度波動(dòng)的工業(yè)廢氣,可在生物濾池中添加合適比例的填料:無(wú)VOC排放時(shí),填料的營(yíng)養物質(zhì)可適當維持微生物活性。除此而外,可選擇培養耐饑性好的降解菌種或菌群來(lái)處理該類(lèi)廢氣。有研究發(fā)現,某些凈化該類(lèi)廢氣可取得較好效果。
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