井噴式爆發(fā)的VOCs市場(chǎng)，召喚出了大小不一、參差不齊的治理公司，至于治理技術(shù)，也算是重溫了“百家爭(zhēng)鳴、百花齊放”的盛況。在VOCs治理這件事上，南北方還是有一定的默契，一改因粽子、月餅和餃子等吃法差異就吵得不可開(kāi)交的毛病。毫無(wú)疑問(wèn)，活性炭吸附、光催化氧化與低溫等離子技術(shù)絕對(duì)妥妥得承包VOCs治理市場(chǎng)份額的前三甲，但光環(huán)籠罩下的陰影更值得注意。

日前，由山西省環(huán)保廳發(fā)布的《山西省工業(yè)涂裝、包裝印刷、醫(yī)藥制造行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物控制技術(shù)指南》，對(duì)低溫等離子與光催化氧化技術(shù)提出以下明確要求：
（1）治理設(shè)施的風(fēng)量按照最大廢氣排放量的120%進(jìn)行設(shè)計(jì)。低溫等離子體技術(shù)或光催化技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)，僅適用于處理低濃度有機(jī)廢氣或惡臭氣體；治理效率要求更高時(shí)，應(yīng)采用多種技術(shù)的組合工藝。對(duì)于含油霧、漆霧或顆粒物的廢氣，應(yīng)配置高效過(guò)濾等適宜的預(yù)處理工藝。
（2）應(yīng)首先明確廢氣組分中最大可能的化學(xué)鍵鍵能。使用低溫等離子體技術(shù)的，需給出處理裝置設(shè)計(jì)的電壓、頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度、穩(wěn)定電離能等參數(shù)，同時(shí)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(shù)的，需給出所用催化劑種類、催化劑負(fù)載量等參數(shù)，并出具所用電氣元件的防爆合格證與燈管發(fā)射185nm波段的占比情況檢驗(yàn)證書。
（3）應(yīng)盡量延長(zhǎng)廢氣在裝置中的反應(yīng)停留時(shí)間，并配備臭氧催化分解單元。
在此，小編更想用自己的理解及部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)解讀下這兩種技術(shù)。
低溫等離子技術(shù)
電場(chǎng)激發(fā)出的電子、自由基、激發(fā)態(tài)分子（主要是O3等）等活性物質(zhì)，是低溫等離子體技術(shù)凈化有機(jī)廢氣的關(guān)鍵。VOCs組分解離的難易程度，一方面取決于電子的能量，另一方面還取決于分子中化學(xué)鍵的鍵能。電子在放電過(guò)程中獲得的能量主要集中在2~12 eV之間，而VOCs分子分解所需要能量剛好均在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。
1、目前，產(chǎn)生低溫等離子體的常用方法是電暈放電和介質(zhì)阻擋放電。
電暈放電，是在大氣壓或高于大氣壓條件下，使用電極表面曲率半徑很小的電極，如針狀電極或細(xì)線狀電極，由于放電空間電場(chǎng)不均勻，使電離過(guò)程主要局限于局部電場(chǎng)很高的電極附近，特別是發(fā)生在曲率半徑很小的電極附近或薄層中，并伴隨明顯光亮的放電現(xiàn)象，一般都發(fā)生在高電壓（大于5kv）和較高頻率（20～40kHz）條件下。
介質(zhì)阻擋放電，是絕緣介質(zhì)覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間中的一種氣體放電。當(dāng)在電極上施加足夠高的交流電壓，電極之間的氣體發(fā)生電離，而電極間的介質(zhì)能起到儲(chǔ)能作用，限制放電電流的自由增長(zhǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生大量細(xì)絲狀、延時(shí)極短的脈沖微放電，均勻穩(wěn)定地充滿整個(gè)放電間隙，同時(shí)能抑制級(jí)間火花或弧光的產(chǎn)生。
采用介質(zhì)阻擋放電方式的等離子體反應(yīng)器，一般都采用陶瓷、石英等防腐蝕介質(zhì)材料，電極與廢氣不直接接觸，從而可以一定程度避免設(shè)備腐蝕問(wèn)題。而電暈放電技術(shù)（或針尖放電式）通常是氣體與電極直接接觸的，即使通過(guò)的氣體沒(méi)有腐蝕性，但等離子體中的活性強(qiáng)氧化物質(zhì)（如臭氧）也可能腐蝕電極。相對(duì)而言，采用介質(zhì)阻擋放電方式比電暈放電方式（如針尖放電）更安全。
值得注意的是，低溫等離子體技術(shù)主要是將有機(jī)分子中的化學(xué)鍵打斷，但尚未能完全將有機(jī)物礦化成CO2和H2O。以某治理項(xiàng)目為例，非甲烷總烴的去除率僅為45%，而惡臭的去除率可達(dá)93%。這主要是因?yàn)榉羌淄榭偀N經(jīng)過(guò)處理后，大分子變成小分子，用色譜法檢測(cè)依然表現(xiàn)為非甲烷總烴；而分解過(guò)程中產(chǎn)生的部分異味副產(chǎn)物（如臭氧等）亦會(huì)對(duì)惡臭的去除率有一定影響。
因此，正經(jīng)的低溫等離子體技術(shù)供應(yīng)商，通常還會(huì)在等離子反應(yīng)器前配置預(yù)處理系統(tǒng)，有效去除廢氣中的粉塵和水分，并且也會(huì)在反應(yīng)器后再配置后處理系統(tǒng)，延長(zhǎng)廢氣與活性物質(zhì)的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)對(duì)多余的活性物質(zhì)（主要是臭氧）進(jìn)行分解消除。
2、以小編的理解，高壓電源就是低溫等離子技術(shù)的核心。電壓和頻率是電源能量輸出的兩個(gè)重要參數(shù)。
氣體中出現(xiàn)的自由電子只有從一定強(qiáng)度的電場(chǎng)中獲得能量成為高能電子，然后才能與氣體分子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給該分子，使該氣體分子的外層電子脫離核的束縛，從而產(chǎn)生更多的自由電子和帶正電的離子。
頻率的提高會(huì)增加單位時(shí)間內(nèi)局部放電的平均脈沖個(gè)數(shù)，放電的重復(fù)率增加。但研究結(jié)果表明，當(dāng)電壓一定時(shí)，污染物的去除率隨頻率的提高先增加后減小。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮電源與等離子體反應(yīng)器的匹配關(guān)系，并充分考慮諧振帶來(lái)的影響。
光催化氧化技術(shù)
光催化氧化技術(shù)，主要利用光敏催化劑在一定量的光照射下激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，與吸附在催化劑面積的溶解氧和水分子等發(fā)生作用，進(jìn)而產(chǎn)生·OH與·O2-等強(qiáng)氧化性自由基，再通過(guò)與污染物的羥基加和、取代、電子轉(zhuǎn)移等方式礦化，最終實(shí)現(xiàn)VOCs的降解。說(shuō)白了，光催化氧化反應(yīng)所需的能量主要來(lái)源光照能量。
1、TiO2具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性，且價(jià)廉無(wú)毒，所以是目前最常用的光催化劑之一。其常用的晶型結(jié)構(gòu)有2種：銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對(duì)更穩(wěn)定，即使在高溫的情況下也難以發(fā)生分解和轉(zhuǎn)化。并且金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度是3.2eV，也就是說(shuō)，引發(fā)銳鈦礦型TiO2進(jìn)行光催化反應(yīng)所需的光能量需大于3.2eV，金紅石型TiO2僅需大于3.0eV。對(duì)于銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發(fā)波長(zhǎng)需要小于387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧化技術(shù)，那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行。
對(duì)于光，有兩個(gè)參數(shù)：波長(zhǎng)與光強(qiáng)。只有吸收了一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量，在其表面會(huì)產(chǎn)生電子-空穴。研究結(jié)果表明，短波長(zhǎng)的紫外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有利于生成更多的·OH，從而加快光催化反應(yīng)活性。而表示單位時(shí)間內(nèi)、通過(guò)單位橫截面光能大小的光強(qiáng)，直接決定了紫外光所提供的總能量是否足以使周圍的TiO2全部參與到反應(yīng)中來(lái)。所以，光催化過(guò)程中要保證反應(yīng)器內(nèi)布光均勻且紫外光達(dá)到一定強(qiáng)度。
對(duì)于催化劑，其活性組分主要是TiO2。其顆粒粒徑越小，尤其是納米級(jí)，比表面與反應(yīng)面就越大，電子-空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合率就小，光催化活性也就高；若在TiO2中摻雜金屬或非金屬粒子，還可拓展其可接受的光照射響應(yīng)范圍；因?yàn)殇J鈦礦型具有強(qiáng)吸附氧氣能力，金紅石型具有較高的光利用率，二者的混晶型物質(zhì)在光催化性能方面的表現(xiàn)要比單一晶型物質(zhì)要好。其它影響光催化活性的因素還包括，孔隙率、平均孔徑、表面電荷、焙燒溫度、純度等。
水蒸氣也是在光催化反應(yīng)不可忽視的因素。因?yàn)樗肿犹峁┝丝煞@空穴的羥基，進(jìn)而產(chǎn)生自由基·OH，反應(yīng)中適量的水蒸氣有利于反應(yīng)的進(jìn)行，但如果水蒸氣過(guò)多，會(huì)在TiO2表面產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，反而不利于光催化的進(jìn)行。
此外，廢氣的初始濃度和在反應(yīng)器內(nèi)部的停留時(shí)間，也直接影響光催化氧化技術(shù)的去除效果。從目前的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)結(jié)果看，在各條件優(yōu)化后的情況下，處理濃度10mg/m3的甲醛尚需30min才能達(dá)到70%的去除效率。小編就在想，國(guó)內(nèi)的VOCs治理公司應(yīng)該采用的是“宇宙級(jí)黑科技”光催技術(shù)，用不到3s的反應(yīng)時(shí)間處理著不知比10mg/m3高多少倍的VOCs廢氣！

（來(lái)源：VOCs管理與技術(shù)交流驛站）