摘要：近几年，我国化工企业的建造进入了一个快速兴起的阶段。不过需要注意的是，很多相应的工业企业对环保缺乏有力的投资，使得大量工业有机废气被排放出去，严重危害了地球的大气环境，威胁到人类的身体健康，更给我国国民经济带来了巨大的损失。我们需要加大力度对相应的有机废气进行治理。文章重点对挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术进行分析，提出挥发性有机气体的处理方法。
关键词：有机废气；光催化氧化法；冷凝法；吸附法
0 引言
随着我国经济的快速发展，化工企业不断增加，多数化工企业在环境保护方面资金投入不足，有害气体未经处理或处理未达标就直接排放。化工企业对其排出的气体处理力度不够，对环境造成严重污染，空气质量不断下降，对人类健康造成一定的威胁。基于这一现状，我国对化工企业有害气体的治理也在加大监管力度。针对有机废气的处理，国际上很早之前就已经进行了相关研究，并提出了很多科学、有效的控制技术。例如研究较多且正在广泛应用的冷凝法、吸收法和热破坏法等。不过近几年，有关处理有机废气的技术有了很大的发展，出现了很多新的控制技术，目前这些新型技术包括光催化氧化法、生物膜法、等离子体分解法等。现有的对化工企业有害物质的处理方法主要有冷凝法、吸附法、直接然烧法、催化燃烧法、吸收法和光催化氧化法，本文重点对光催化氧化法进行具体分析，提出挥发性有机气体的处理方法。
1 挥发性有机废气的处理
对于挥发性有机废气的处理，主要是在生产过程中将废气通过吸附、净化、过滤等一些方式进行处理，使原来大分子的废气逐渐转化成无毒无害的小分子。工业生产过程中产生的废气有很多种，如甲醛、乙酸乙酯、苯乙烯等，这些气体很难溶于水，而且不易处理。
2 挥发性有机废气的处理方式
2.1 冷凝法
冷凝法是将有机废气导入冷凝器，然后经过吸附、吸收、分离、冷却等方法进行处理。这样一来，在处理废气时还可以将一些含有价值的有机物进行再回收再利用，节省能源。冷凝法比较适用于有机废气浓度比较高、温度比较低的冷却设备，在药品制造和化工行业运用较多。
2.2 吸附法
吸附法主要包括直接吸附法、吸附回收法和吸附催化燃烧法。直接吸附法的主要特点是耗资比较小，设备简单，容易操作。但是由于活性炭需要经常更换，所以增加了多道工业程序，导致其费用比较高。吸附回收法主要用纤维活性炭吸附有机废气，要求纤维活性炭在接近饱和状态时用热水蒸气进行脱附再生。这种方法要求蒸汽量必须达到一定的程度，方能满足纤维活性炭的脱附再生。吸附催化燃烧法不仅吸收了吸附法和催化燃烧法的所有优点，还在此基础上进行了优化，主要采用蜂窝状活性炭吸附，然后进行脱附和分解，分解脱附工序完成后，废气将会进入催化燃烧床燃烧。催化燃烧床的燃烧是一种没有火焰的燃烧，能起到更好的净化作用，然后对活性炭进行重复使用，回收再利用，降低成本，节能减耗。吸附催化燃烧法的成本比较低，维修方便，相对于前两种方法更实用、更经济。
2.3 直接燃烧法
直接燃烧法是直接将燃料与燃油进行燃烧，操作简单，成本低，而且有害气体在加热后会转化为无害气体。
2.4 催化燃烧法
催化燃烧法主要是让废气在加热催化过程中变成无毒无害气体。这种方法操作简便，耗能小，耗资也相对较低。
2.5 吸收法
吸收法用物理吸收的方法将废气导入吸收液，然后进行净化。等吸收液达到饱和状态的时候再进行加热、分解、冷却，对吸收液进行回收利用。这种方法主要用于温度比较低、浓度比较高的有机废气，但设备耗资相对较高。
2.6 光催化氧化法
光催化氧化法指的是在常温、常压下，将挥发性有机废气分解成二氧化碳、水和其他有机物质的方法。光催化氧化法具有反应过程较快且没有二次污染的优点，具有很高的实用价值，已经逐渐成为处理挥发性有机物的重要方法。
3 光催化氧化法处理原理
光催化反应就是在光的作用下进行的化学反应，一般需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后发生化学反应，生成新的物质。光化学反应的活化能一般来源于光子的能量。光化学的转化法一般是比较适用的一种方法。光催化氧化法主要是光致空穴的强氧化能力和光生电子还原能力，导致半导体光催化剂引发一系列光催化反应。
3.1 光催化氧化法的反应机理
半导体粒子主要是由电子的低能价带和空的高能导带所构成的，而导带和价带之间存在禁带。经过导带价带之间的转化会产生空穴，最后会是光生空穴，拥有较强的电子能力和氧化能力。光生空穴的氧化能力，可以将表面吸附的水分子氧化成•OH自由基，•OH自由基可以将有机物进行氧化，最后降解为二氧化碳和水。一般情况下，水能加速催化反应的进行。将紫外线放电管安装在UV高效设备里面，其所产生的光子能量能够高达647kJ/mol或是642kJ/mol。这么高的光子能可以将小于该能量的废气分子键快速裂解，促使这些废气转化成无机小分子物质。具体如下表1所示。
3.2 光催化氧化法的动力学分析
VOC光催化降解主要是传质过程和光催化反应的一个过程。在物料传输速率的过程中，催化剂一般不受反应速率的影响。速率常数和反应废液的初始浓度有关。在催化动力学中，需要动力学的模型来促进系统的反应。一般情况下，催化反应在前期都比较稳定，在后期因为反应物的浓度逐渐下降，所以反应物扩散到氧化剂表面的速率会逐渐降低。由于反应速率很容易受到物料输送的影响，所以光催化反应速率与相对运动有密切的关系。一般情况下，可以采用加速气流速率的方法克服气流与催化剂之间所产生的阻力。
4 光催化过程中的影响因素
4.1 加入氧化剂
氧化剂的主要作用是推进催化反应加速进行，是一种比较理想的电子捕获剂。氧化剂在高氧化状态时容易分解出氧及含有热量的物质，当氧化剂和还原性的物质接触时，能发生剧烈的放热反应，这个时候氧化剂会表现出强烈的氧化性，能够给其他物质助燃。简而言之就是氧化剂自身不能燃烧，但是可以促进可燃物的燃烧。氧化剂的使用比较简单，容易操作。
4.2 有机污染物初始浓度影响
一般情况下，光催化氧化技术比较适合处理一些量小的有害气体，但是如果VOC初始浓度偏高，将不利于有机污染物反应的进行。三氯乙烯浓度较高，也会阻碍反应进行，造成失活现象。失活现象的主要原因是在反应过程中催化剂表面吸附了活性位。研究表明，当出现这种情况时，需要在紫外线充分照射的情况下，用不含有机污染物的潮湿空气对反应的中间产物进行吸附，并促使中间有机污染物发生氧化，这样催化剂就可以再生。一般情况下，反应速率的降低是受到有机物初始浓度的影响，初始浓度提高，反应速率就会降低。不难发现，初始浓度高时，会影响光催化反应的进行。
4.3 水蒸气
研究表明，水蒸气是产生羟基自由基的重要条件。如果有机气体反应过程中没有水蒸气，将会导致催化剂活性下降，不利于反应进行，进而使催化剂表面的羟基自由基逐渐减少。由此可见，水蒸气在维持催化剂活性方面是不可缺少的一部分，但是水蒸气要保持一定的浓度，如果浓度过高，不但不利于反应的进行，还会对反应起抑制作用。
5 结语
以上是对挥发性有机废气治理中光催化氧化法处理技术的对策分析。化工工业应该贯彻保护环境这一基本国策，做到经济效益和环保效益的统一，保护环境健康，促进经济可持续发展，努力为人民创造一个清洁优美的生活环境。
参考文献：
[1] 朴一顺．有机挥发性废气处理中光催化法氧化法的应用研究[J]．科技创新与应用，2014（33）：25.
[2] 陈江耀，李建军，廖东奇，等．生物滴滤塔耦合光催化氧化技术处理电子垃圾拆解车间排放废气的中试研究[J]．生态环境学报，2014（5）：87-89.
[3] 苏伟健，徐绮坤，黎碧霞，等．工业源重点行业VOCs治理技术处理效果的研究[J]．环境工程，2016（S1）：44-47.
论文作者:卢星杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/2
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