向低溫等離子和（hé）光催化氧化技術亂象說NO

井噴式爆發的VOCs市場，召喚出（chū）了大小不一、參差不齊的治理公司，至於治理技術，也算是重溫（wēn）了“百家爭鳴、百花齊放”的盛況。在VOCs治理這（zhè）件事上，南北方還是有一定的默契，一改因粽子、月餅和餃（jiǎo）子等吃法（fǎ）差異就吵得不可開交的毛病。毫無疑問，活性（xìng）炭吸（xī）附、光催化（huà）氧化與低溫等離子技術絕對妥妥得承包VOCs治理市場份額的前三甲，但光環籠罩下的陰影更值（zhí）得注意。

日前，由（yóu）山西省環保（bǎo）廳發布的《山西省工業塗裝、包裝印刷、醫藥（yào）製造行（háng）業揮發性有機物控製技術指南》，對低溫等離子（zǐ）與光催化氧化技術提出以下明確要求：
（1）治理設施的風量按照最大廢氣排放量的120%進行設計。低溫等離子體技術或光催化技（jì）術單獨使用時，僅適用於處理低濃（nóng）度有機廢氣或惡臭氣體；治理效率要求更高（gāo）時，應采用（yòng）多種（zhǒng）技術的組合工藝。對於（yú）含油霧、漆霧或顆粒物的廢氣，應配置高效過濾等適宜的預處理（lǐ）工藝（yì）。
（2）應首先明確廢氣組分中最大可能的化學鍵鍵能。使用低（dī）溫（wēn）等離子體技術的，需給出處理裝置設計的電壓、頻率、電場強（qiáng）度、穩定電離能等參數，同時出具所用電氣元件的出廠防爆合格證；使用光催化氧化技術的，需給出所用催化（huà）劑種類、催化（huà）劑負載量等參數，並出具所（suǒ）用電氣元件（jiàn）的防爆合格證與燈管（guǎn）發射185nm波段的占比情（qíng）況檢驗證書。
（3）應（yīng）盡量延長廢氣在裝置中的反應停留時間，並（bìng）配備臭氧催化分（fèn）解單元（yuán）。
在（zài）此，小（xiǎo）編更想用自己的理（lǐ）解及部分數據來（lái）解讀下這兩種技術。
低溫等離子技術（shù）
電場激發出（chū）的電子、自由基、激發態分子（主要是O3等）等活性物質，是低溫等離子體（tǐ）技術淨化有機廢（fèi）氣的關鍵。VOCs組（zǔ）分解離的難易（yì）程度，一方麵取決於電（diàn）子（zǐ）的能量，另一方麵還取決於分子中化學鍵（jiàn）的鍵能。電子在（zài）放電過程中獲得的能量主要集中在2~12 eV之間，而VOCs分（fèn）子分解所需要能量（liàng）剛好均在這個區域內。
1、目前，產生低溫等離（lí）子體的常用方法是電暈放電和介質阻擋放電（diàn）。
電（diàn）暈放電，是在大氣壓或高於大氣壓條件（jiàn）下，使用電極表（biǎo）麵曲率半徑（jìng）很小（xiǎo）的電（diàn）極，如針狀電極或細線狀電極，由於放電空間電場不（bú）均勻，使電離過程主要局限於局部電場很高的電極附（fù）近（jìn），特別是發生在曲率半徑很（hěn）小的電極（jí）附近或薄層中，並伴隨明（míng）顯光亮的放（fàng）電現（xiàn）象，一般都發生在高電壓（大於5kv）和較高（gāo）頻率（20～40kHz）條件下。
介質阻擋放電，是絕緣介質覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間中的一種氣體放電。當在電極上施加足夠高的（de）交流電壓，電極（jí）之間的氣體（tǐ）發生電離，而（ér）電極間的介質能起到儲能作用，限製放電電流的自由增（zēng）長，進而產生大（dà）量細絲狀、延時極短的（de）脈衝微放電，均勻穩定地（dì）充滿整個放電間隙，同（tóng）時能抑製級間火花或弧光的產生。
采用（yòng）介質阻擋放電方式的等離子體反應器，一般都采用陶瓷（cí）、石英（yīng）等防腐蝕介（jiè）質材料，電極與廢氣不直接接觸，從而可以一定程度避免設備腐蝕問題。而電（diàn）暈放電技術（或針尖放（fàng）電式）通常是氣體與電極直接接觸的，即使通過的氣體沒有腐蝕性（xìng），但等離子體中的活性強氧化物質（如臭氧）也可能腐蝕電極。相對而言，采用介質阻擋放電（diàn）方式比電暈放電方式（如針尖放電（diàn））更安全。
值得注意的是，低溫等離子體技術主要是將有機分子中的化學鍵打斷，但尚未能完全（quán）將有機物（wù）礦化成（chéng）CO2和H2O。以某治理（lǐ）項目為例，非甲烷總烴的去除率（lǜ）僅為45%，而惡臭的去除率可達93%。這主要是因為非甲烷總烴經過（guò）處理後，大（dà）分子變成小分子，用色譜法檢測依然表（biǎo）現為非甲烷總烴；而分解（jiě）過程中產生（shēng）的（de）部分異味副產（chǎn）物（如臭氧等）亦會對惡臭的去除率有一定影響。
因此，正（zhèng）經的低溫等離子（zǐ）體技術供應（yīng）商，通常還會在等離（lí）子反應器前配置預（yù）處（chù）理係統，有效去除廢氣中的（de）粉塵和水分，並且也會在反應器後再配置後處理係統，延長廢氣與活（huó）性物質的（de）反應（yīng）時間，同時對多餘的活性物質（主要是臭氧）進行分解消除。
2、以小編的理（lǐ）解（jiě），高壓電源（yuán）就（jiù）是（shì）低溫（wēn）等離子技術的核心。電壓和頻率是電源能量輸出的兩個重要參數。
氣體中出現（xiàn）的自由電子隻有從一定強度的電場中獲得能量成為高能電子，然（rán）後才能與氣體分子發生（shēng）碰撞，將（jiāng）能量傳遞給該（gāi）分子（zǐ），使該氣（qì）體分（fèn）子的外層電子脫離核的束縛，從而產生更（gèng）多的自（zì）由電子和帶正（zhèng）電（diàn）的離子。
頻率的提高會（huì）增（zēng）加單位時間內（nèi）局部放（fàng）電的平均脈衝個數，放電的重複率增加。但研究結果（guǒ）表明，當（dāng）電壓一定時，汙染物的去除率隨頻率的（de）提高先增（zēng）加（jiā）後減小。在（zài）實際（jì）應用中，應充（chōng）分考慮電源與等離子體反應器的（de）匹配關係，並充分考慮諧（xié）振帶來（lái）的（de）影響。
光催化（huà）氧化技術
光催化氧化技術，主要利（lì）用光敏催化劑在一（yī）定量的光照射下激發產生的電子-空穴（xué）對，與吸附在催化劑麵積的溶解氧和水分子等發（fā）生（shēng）作用，進而產生·OH與·O2-等（děng）強氧化性自由基，再通過與汙染物的羥（qiǎng）基加（jiā）和、取代、電子轉移等方式礦化，最終實（shí）現VOCs的降解。說白了，光催化氧化反應所需的（de）能（néng）量（liàng）主要來源光照能量。
1、TiO2具有較（jiào）高（gāo）的化學（xué）穩（wěn）定性和催化活性，且價廉無毒（dú），所以是目前最常用的光催化劑之一。其常用的晶型結構有（yǒu）2種：銳鈦礦型（xíng）和金紅石型。金紅石型相對更穩定，即使在高溫的情況下（xià）也難以（yǐ）發生分解和轉化。並（bìng）且（qiě）金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦（kuàng）型TiO2的禁帶寬度（dù）是3.2eV，也就是說，引發銳（ruì）鈦礦型TiO2進行光催化反（fǎn）應所需的光能量需大於3.2eV，金紅石型TiO2僅需大於3.0eV。對於銳鈦礦型TiO2，紫外光（guāng）的激發波長需要小於387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧化技術，那肯定得有“光”和“催化劑”共同（tóng）作（zuò）用才行。
對於光，有兩個參數：波長與（yǔ）光強。隻有（yǒu）吸收了一（yī）定波長範圍內的光，TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量，在（zài）其表（biǎo）麵會產（chǎn）生電子-空穴。研究結果表明，短波長的紫（zǐ）外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有（yǒu）利於生成更多的（de）·OH，從而加快光催化反應活性。而表示單位時間內、通過（guò）單位橫截麵光能大小（xiǎo）的光強，直接決定了紫外光所提供的（de）總能量是否足以使周圍的TiO2全部參與到反應中來。所以，光催化過程中要保證反應器內布光均勻且紫外光達到（dào）一定強度。
對於（yú）催化（huà）劑（jì），其活（huó）性組分主（zhǔ）要是TiO2。其顆粒粒徑越小（xiǎo），尤其是納米級，比表麵與反應麵（miàn）就越大，電子-空穴的（de）簡單複合率就（jiù）小，光催化活性也（yě）就高；若在TiO2中摻雜金屬或非金（jīn）屬粒子，還可拓展其可接受的光照射響應範圍；因為銳鈦（tài）礦型具有強吸附氧氣能力，金紅石型具有較高的光利（lì）用率，二者的混晶型（xíng）物質在光催化性能方（fāng）麵的表現要比單一（yī）晶型物質要好。其（qí）它（tā）影響光催化活性的（de）因素還包括，孔隙率、平均孔徑、表麵電荷、焙燒溫（wēn）度、純度（dù）等。
水（shuǐ）蒸氣（qì）也是在光催化反應不可忽視的因素。因為（wéi）水分子提供了可俘獲空穴的羥基，進而產生自由基·OH，反應中適量的水蒸氣有利（lì）於反（fǎn）應的進行，但如果水蒸氣過（guò）多，會在（zài）TiO2表麵產生競爭吸（xī）附（fù），反而不利（lì）於光催化的進行。
此外，廢氣的初始濃（nóng）度和在反應器內部的（de）停留時間，也直（zhí）接影響光催化氧化技術的去除效果（guǒ）。從目前的實驗室數據（jù）結果看，在各條件優化（huà）後的情況下，處理濃度（dù）10mg/m3的（de）甲醛尚（shàng）需30min才（cái）能達到70%的去除效率。小編就在想（xiǎng），國內的VOCs治理公司應該采用的（de）是“宇宙級黑科技（jì）”光催技術，用不到3s的反應時間處理著不知比10mg/m3高多少倍的VOCs廢氣！

（來源：VOCs管理與技術交流驛站）