近年來，為滿足當今社會電力需求的Et益增長，燃煤電廠仍在_各地大力興建，然而其排放出的VOCs已成為我國主要大氣污染物之一，隨著排放標準和環(huán)保法規(guī)的逐漸嚴格與規(guī)范，控制這類污染已成為我國的一項義不容辭且刻不容緩的任務(wù)和挑戰(zhàn)。不可否認，每種VOCs凈化技術(shù)都有各自的特點或其它方法無法比擬的優(yōu)勢，但同時由于其適用范圍、去除性能、投資運行費用等多方面因素，皆制約了單元處理技術(shù)的應(yīng)用。目前，不同單元處理工藝組合技術(shù)的開發(fā)作為VOCs治理技術(shù)的新趨勢，不僅能夠提高去除效率，降低投資運行成本，減少中間產(chǎn)物的二次污染，還能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同脫除多種污染物，在國內(nèi)VOCs治理領(lǐng)域_具發(fā)展前途。
1、活性炭纖維吸附技術(shù)
吸附技術(shù)是目前處理有機廢氣使用_為廣泛的一種方法，具有簡單、_和廉價等優(yōu)勢，而該技術(shù)的吸附分離效果關(guān)鍵在于吸附劑性能，目前已開發(fā)的吸附材料主要有活性焦、活性炭、活性炭纖維等。大量研究表明，活性炭纖維(ActivatedCar.bonfiber，ACF)干法吸附技術(shù)被認為是一種較有前途的聯(lián)合脫除多種燃煤電廠污染物的綜合治理方式?；钚蕴坷w維是由_的前驅(qū)體材料(如粘膠基、聚丙烯腈、基瀝青基、酚醛基等)，經(jīng)預(yù)處
氣中O：濃度為5%、吸附溫度為40℃且煙氣中不含有水蒸氣時，ACF脫除甲苯效果達到_。SOO—JinPark等¨2“41分別通過電_氧化和氧離子氧化等技術(shù)功能化改性ACF;張曼娜¨糾采用先硫酸后氨水的方法對ACF進行改性，均得到了相似的結(jié)論。此外，也有研究者通過在ACF上負載金屬氧化物的形式制成復(fù)合材料來_其吸附性能。劉陽生等¨釗以KMnO。和NH，?H：O為原料合成納米MnO：，然后通過浸漬、高溫焙燒處理手段將納米MnO：顆粒負載于PAN基活性炭纖維表面，制備了ACF—MnO，復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，ACF—MnO：復(fù)合材料在室溫下可以將甲苯氧化為CO：，與單純的ACF相比，其對高濃度的甲苯氣體具備_的抗穿透能力。侯一寧等¨刊通過將常溫吸附和光催化降解兩種作用相結(jié)合的方式制備了ACF—TiO：復(fù)合材料，研究表明：ACF—TiO：復(fù)合材料綜合了ACF的吸附優(yōu)勢和TiO：的光催化降解優(yōu)勢，對甲醛的去除效果比單獨使用ACF或TiO：_為明顯。劉建華等u副也曾報道ACF—TiO：光催化_復(fù)合材料的協(xié)同作用是吸附、富集、光催化、_過程的有機結(jié)合，正是利用吸附劑與光催化劑的協(xié)同作用才達到了較高的VOCs降解能力。
ACF在VOCs吸附回收方面具有較為明顯的優(yōu)勢，但也存在造價昂貴、壽命周期短及選擇性有待提高等方面的缺陷與不足。因此，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用和當前存在的問題，今后的研究方向應(yīng)是不斷完善工藝，降低生產(chǎn)成本，提高材料的壽命周期，繼續(xù)探索ACF的功能化改性研究，增強ACF對VOCs的吸附性能和選擇性，同時不斷嘗試與其它功能材料合成新型多功能復(fù)合材料
2、等離子體一光催化復(fù)合凈化技術(shù)
等離子體是性質(zhì)不同于物質(zhì)的常規(guī)三態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))的第四種形態(tài)，是由大量的電子、離子、自由基和中性粒子組成的導(dǎo)電性流體，其中正負電荷相等，整體保持電中性，能有效降解VOCs。然而，等離子體凈化技術(shù)能耗較高，選擇性差，并且在處理廢氣過程中會伴隨著一些有毒有害的副產(chǎn)物生成，如一氧化碳、臭氧、氣溶膠顆粒等。，這些不利因素嚴重制約了該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。紫外光催化技術(shù)作為一種環(huán)境友好型處理VOCs的新型手段，同時也面臨著光催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和紫外光源的限制、光催化劑中毒失活、難以處理高濃度大流量廢氣和能量利用率低等不足之處，使其無法推廣到實際應(yīng)用當中。
與單純的等離子體凈化技術(shù)和紫外光催化技術(shù)相比，等離子體一光催化復(fù)合凈化技術(shù)集成了兩者的優(yōu)勢，而且充分利用了等離子體場中產(chǎn)生的紫外光，是非常_、節(jié)能降解VOCs的有效方法之一，已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點。JaeOuchae等心糾對等離子體一光催化協(xié)同系統(tǒng)去除室內(nèi)污染物進行了實驗研究，結(jié)果表明：單純地應(yīng)用等離子體凈化技術(shù)過程中會導(dǎo)致大量有害的臭氧和一氧化碳氣體的生成，而當加入光催化劑之后，該系統(tǒng)能__地降解室內(nèi)空氣中的氨和甲苯，且臭氧出口濃度下降到了1/10，一氧化碳出口濃度也下降到1/5。Hyun—HaKim舊副對比考察了等離子體光催化和五種傳統(tǒng)的等離子體反應(yīng)器(脈沖、介質(zhì)阻擋、表面放電、填充床以及等離子體催化)降解氣相苯的效果，研究表明等離子體光催化反應(yīng)器降解苯效果_，能量利用效率和碳平衡均_，并且產(chǎn)生的氣溶膠_少。目前作為催化劑的N型半導(dǎo)體種類很多，如：TiO：、ZnO、Fe：O，、CdS和WO，等，由于TiO：具有較高的光穩(wěn)定性、紫外線吸收能力和化學反應(yīng)活性，且價廉_等優(yōu)點，因此目前大多采用其為光催化劑的理想半導(dǎo)體材料Ⅲ'25‘。黃碧純等心釗通過實驗發(fā)現(xiàn)在發(fā)射紫外光的氮等離子體場(NTP—P—O：/N：)中和發(fā)射可見光的氬等離子體場(NTP—P—Ar)中TiO，均能提高體系的甲苯去除率，證實了等離子體場中產(chǎn)生的紫外光和高能電子均能激活光催化劑TiO：，進而_有效地催化降解甲苯。邱作志等舊列考察了介質(zhì)阻擋放電(DBD)等離子體結(jié)合不同光催化劑降解甲苯的作用效果。結(jié)果表明，與其他催化劑相比，當?shù)入x子體協(xié)同光催化劑TiO：時，甲苯的降解率和能量效率_，分別由45.3%提高到82.7%，0.85g/(kW?h)提高到1.73g/(kW?11);張建芳舊副也得到了相似的結(jié)論。陳礪等舊。利用介質(zhì)阻擋放電(DBD)等離子體結(jié)合TiO：光催化劑對甲醛進行降解實驗后發(fā)現(xiàn)，與等離子體單獨作用相比，放電等離子體驅(qū)動光催化協(xié)同作用時甲醛的降解率顯著提高，降解程度也大大加深，當焙燒溫度為400℃、放電電壓為20.7kV時，甲醛降解率高達83.8%。
等離子體一光催化協(xié)同凈化系統(tǒng)在VOCs治理領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有良好的應(yīng)用前景。然而，縱觀目前國內(nèi)外研究成果，該系統(tǒng)分解VOCs的實驗研究基本上都僅僅是考察影響某種VOC(比如苯或甲苯)分解率的因素，證實等離子體和光催化兩者結(jié)合具有協(xié)同效用，而對等離子體催化的微觀反應(yīng)機理、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式及等離子體催化的_結(jié)合方式等方面報道較少，沒有形成系統(tǒng)的理論框架。因此，今后的研究方向應(yīng)為進一步探討該體系有效分解VOCs的作用機理，同時研究催化劑和反應(yīng)器的_結(jié)合方式，充分發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的作用，提高能量效率，將副產(chǎn)物濃度降至_。
3、催化燃燒技術(shù)
催化燃燒技術(shù)是借助催化劑使有機物廢氣在較低的起燃溫度條件下進行無焰燃燒分解為二氧化碳和水蒸汽，并放出大量熱能，用化學方程式表示如下：
由表2可見，與直接熱力燃燒相比，催化燃燒具有起燃溫度低、能耗小等顯著特點，能夠?qū)⒁话銦崃θ紵荒芴幚淼摹舛容^低的VOCs進行充分燃燒，無需連續(xù)施加大量輔助熱量，也沒有在高溫燃燒過程中產(chǎn)生NOx，是一種_、環(huán)保的VOCs清潔處理技術(shù)。
從表3可以看出，與直接燃燒相比，催化燃燒的_燃燒溫度要低得多，其用于預(yù)熱所消耗的功率僅約為直接燃燒的50%一60%，從而可以節(jié)約大量的能源。
在VOCs催化燃燒技術(shù)中，催化劑性能的優(yōu)劣對燃燒效率和能耗有著決定性的影響，目前常用催化劑主要有貴金屬催化劑和金屬氧化物催化劑。其中，貴金屬催化劑以其優(yōu)異的催化活性以及低溫下(<500oc)不易被硫、磷污染等特點在vocs催化燃燒中得到廣泛的應(yīng)用和研究，pt、pd、au和rh是典型的貴金屬催化劑舊3'川。貴金屬催化劑雖然具有很多優(yōu)點，但由于其價格昂貴、資源缺乏且容易中毒，因此，近年來開發(fā)低溫高活性、高溫穩(wěn)定且抗中毒能力強的過渡金屬氧化物催化劑成為研究的熱點，如cu、ce、co、cr和mn等過渡金屬氧化物。郭建光等舊5'36o利用浸漬法得到了三種過渡金屬氧化物催化劑cuo/、/一a1203、cdo/1/一a1：03和nio/、/一a1203，并分別進行了催化乙醇、丙酮和甲苯燃燒試驗，研究發(fā)現(xiàn)這三種vocs催化燃燒的起燃溫度和_燃燒溫度都明顯低于它們的燃點，其中cuo/，/一a1：o，催化劑的催化活性_優(yōu)，它對乙醇、丙酮和甲苯的催化起燃溫度分別為1800c、1900c和2300c。隨后，又對_聲場下制備得到的cuo/一、/一a1：o，催化劑與常規(guī)浸漬法制備得到的cuo/一、/一a1：o，催化劑進行了對比研究，并分別進行催化苯和甲苯燃燒試驗，研究結(jié)果表明：_聲場下制備得到的cuo/^y—a1：o，催化劑的活性明顯高于普通浸漬法制備得到的cuo/3t—a120，催化劑的活性。
大量研究發(fā)現(xiàn)，在相同的負載量下，不同的載體對催化劑的活性影響明顯。Liu等采用浸漬法制備MnOx/Ti02、MnOx/A1203、MnOx/Si02催化劑，對氯苯進行催化燃燒試驗，研究發(fā)現(xiàn)NnOx/TiO：催化劑活性_，通過TPR和XRD測試分析表明，其主要是由于活性組分MnOx在該催化劑上分散度_所致。Yang等考察了SBA一15分子篩和MCM一41分子篩分別作為CuO載體催化苯燃燒的性能，研究表明活性組分CuO在載體SBA—15上的分散度比在載體MCM一41上的要大，從而使得前者催化苯燃燒的活性比后者要高。
由于單一金屬氧化物催化劑無論從催化活性、抗中毒性以及熱穩(wěn)定性等方面都存在_的缺陷與不足，因此，學者們通過對單一金屬氧化物催化劑進行改性處理或添加助劑制備復(fù)合金屬氧化物催化劑來提高催化劑的性能。Pan等舊糾采用H2改性處理后的CuO/'y—A1：O，催化劑來催化氧化苯乙烯，通過XRD、TPR和CO一化學吸附表征等手段發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過H：改性處理后，活性組分CuO的還原能力及其在載體上的分散度得到了提高，同時CuO的晶體顆粒尺寸也減小了，從而提高了該催化劑催化氧化苯乙烯的活性。黃海鳳等Ⅲ1利用浸漬法制備了兩種負載型的Mn/1一A120，和Cu—Mn/一、/一A1：O，復(fù)合氧化物催化劑，同時用共沉淀法制備了Cu—Mn—O復(fù)合氧化物催化劑，并考察這三種催化劑對苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機化合物一59—環(huán)境科學導(dǎo)刊http：//hjkxdk.yies.org.cn第32卷第6期2013年12月VOCs的催化燃燒性能，研究發(fā)現(xiàn)cu—Mn/，、/一A1：O，復(fù)合金屬氧化物催化劑具有_的低溫催化活性，催化燃燒反應(yīng)速率的排序為Cu—Mn/、/一A1203>Mn/，、/一A1203>Cu—Mn—O。郭建光等利用浸漬法研究CeO：改性得到了CuO/CeO：/沸石催化劑，并通過對乙醇、丙酮、苯和甲苯這四種VOCs氣體進行催化燃燒來考察催化劑的催化活性，研究結(jié)果表明：使用CuO/CeO：/沸石作為催化劑時四種VOCs催化燃燒的起燃和_燃燒溫度都明顯低于當使用CuO/沸石作為催化劑時四種VOCs催化燃燒的起燃和_燃燒溫度，這表明CuO/CeO：/沸石復(fù)合金屬氧化物催化劑的活性明顯高于CuO/沸石單一金屬氧化物催化劑的活性，其原因是CeO，的添加有助于增強催化劑中Cu的還原性，促進了銅在表面的分布。Dur(m等。采用檸檬酸法合成了FeMn(Fe與Mn摩爾比為1：1、1：3和3：1)復(fù)合金屬氧化物催化劑，并考察其催化甲苯燃燒的活性，實驗研究發(fā)現(xiàn)該系列催化劑活性明顯比單一金屬氧化物(Fe：O，、Mn：O，)要高，其原因主要是由于在該類催化劑上有晶格缺陷的錳物種增加了對氧的吸附而引起。
總之，近年來過渡金屬催化材料在催化VOCs燃燒的研究與應(yīng)用已取得重大進展，然而，催化燃燒技術(shù)涉及VOCs種類性能分析、催化材料制備以及化工反應(yīng)工藝等多方面，如在處理電廠煙氣時，VOCs種類及含氯、含硫、水蒸氣等會嚴重影響催化劑活性，因此，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用中的實際工藝條件以及反應(yīng)機理，有針對性地提高過渡金屬催化材料催化活性和高溫穩(wěn)定性以及制備相應(yīng)的載體是今后催化體系的研究重點。
4、生物技術(shù)
生物法VOCs凈化技術(shù)是目前大氣污染控制領(lǐng)域的研究熱點，主要是利用附著生長在填料上的微生物新陳代謝過程，把污染物降解為CO：、H：O和s04一等無機物，并生成新的微生物細胞質(zhì)Hn蚓。相比于冷凝法、吸附法、催化燃燒法、中和法和氧化法等傳統(tǒng)物化法，生物法具有效果好、操作穩(wěn)定、運行費用低、無二次污染等優(yōu)勢，特別適合處理大流量、低濃度的VOCs。而生物滴濾法是將_化工反應(yīng)應(yīng)用裝置中的填料塔和生物膜技術(shù)有機結(jié)合，充分利用填料塔所具備的氣液接觸面積大、_對流傳質(zhì)等性能以及生物膜技術(shù)所具備的微生物密度高、凈化反應(yīng)速度快等特性來實現(xiàn)對VOCs的分解脫除，是受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注的一種典型生物法凈化技術(shù)。
由于在實際排放的VOCs中，苯系物的濃度高且往往占有較大比例，是一類主要的污染源，鑒于此，李國文等選擇甲苯為VOCs代表來考察過濾塔生物降解性能，建立了滴濾塔降解VOCs理論模型，并進行實驗研究。結(jié)果表明，在實驗工況和掛膜條件下，生物滴濾塔對甲苯有較強的降解能力，當濃度低于2000mg/m3時，降解效率均達95%，這充分反映了生物過濾法處理低濃度甲苯廢氣是可行的。影響微生物降解VOCs效果的因素有很多，如底物VOCs特性、填料、溫度和氧氣等，其中微生物本身物性是生物法處理VOCs的關(guān)鍵因素。張鶴清等口u同時針對多種典型的苯系物在微生物中的降級性能進行了詳細考察，研究結(jié)果表明：以甲苯馴化的污泥為菌種，可以有效降解鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、苯和氯苯。孫麗欣等以污水處理廠活性污泥為菌種，在生物滴濾塔內(nèi)接種掛膜，用油煙氣進行馴化，實驗結(jié)果表明：應(yīng)用該方法形成的生物膜，對油煙廢氣有很好的去除效果，整個實驗系統(tǒng)對油煙氣的總?cè)コ士蛇_91%以上。於建明等∞糾采用自主研制的新型復(fù)合生物濾塔耦合凈化處理某制藥廠含H：S和VOCs混合廢氣。研究結(jié)果表明，復(fù)合生物濾塔同時兼?zhèn)淞松锏螢V塔(BTF)和生物過濾塔(BF)的優(yōu)點，在處理含H：S和VOCs混合廢氣時具有_、節(jié)能、低耗等明顯優(yōu)勢，_工況下VOCs平均去除率可高達83.6%。
從文獻報道來看，生物滴濾塔是生物技術(shù)中的研究熱點，也是當前VOCs治理領(lǐng)域的主流技術(shù)之一，其用于處理低濃度的VOCs應(yīng)用較為成熟，但對于處理高濃度的VOCs而言還有待進一步深入研究。當前的研究方向應(yīng)為探索生物降解機制，建立微生物降解動力學模型，選擇_的運行參數(shù)及控制參數(shù)。且微生物作為影響生物滴濾塔運行效果的關(guān)鍵因素，研究者們需要開發(fā)適應(yīng)性強、對多種污染物同時適用的_多功能性的微生物菌落，此外，還須關(guān)注滴濾塔的堵塞、中間產(chǎn)物的二次污染、難溶性VOCs的適應(yīng)等問題。
系方式.jpg)
