揮發(fā)性有機化合物污染是一個復(fù)雜的問題,涉及到廣泛變化的污染物,威脅人類健康和環(huán)境。低溫催化氧化具有高效、經(jīng)濟的特點,在研究和應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的研究。綜述了再生催化氧化、光催化氧化和吸附濃縮/臭氧化混合處理的工程特點。研究表明,提高催化劑的低溫活性,提高氧化劑的熱回收效率,發(fā)展混合處理技術(shù)是控制VOCs污染的最有效手段。
揮發(fā)性有機化合物(VOCs)從各種工業(yè)和自然資源排放到環(huán)境中,形成的污染是所有人共同關(guān)心的問題??刂茡]發(fā)性有機物污染物的最佳方法是在排放前將其清除。面對如此嚴(yán)峻的形勢,近年來出臺了越來越嚴(yán)格的規(guī)章制度,相應(yīng)地需要更有效的VOCs去除技術(shù)。本文綜述了近年來在實驗室研究和工程應(yīng)用中催化去除揮發(fā)性有機物的研究進展,以解決工業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制的新趨勢。
1催化應(yīng)用
催化反應(yīng)具有明顯的低溫活性、選擇性和高效性等優(yōu)點,在工業(yè)污染控制中得到了廣泛的應(yīng)用。其中,RCO和PCO是VOCs污染控制市場上的2種主要催化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,將吸附、臭氧氧化與之相結(jié)合的混合處理技術(shù)也逐漸成為一種新興的技術(shù)。
1.1再生催化氧化
再生催化氧化(RCO)是一種與再生熱氧化(RTO)相似的去除VOCs的最節(jié)能技術(shù)之一。它們都使用兩個或多個含有陶瓷填料的床作為傳熱介質(zhì)。[1]典型的兩床RCO主要由陶瓷層、催化劑層、加熱器組成,分別起到蓄熱、反應(yīng)介質(zhì)和供熱的作用。當(dāng)經(jīng)過陶瓷柜A時,VOCs被陶瓷層預(yù)熱,其溫度將升高,當(dāng)VOCs向下流經(jīng)陶瓷柜B時,大部分熱量保留在高比熱的陶瓷中,并準(zhǔn)備在下一個循環(huán)中預(yù)熱VOCs。與實驗室規(guī)模相比,工程應(yīng)用更注重成本與性能的平衡,故在選擇高效催化劑時,更注重催化劑的起燃溫度和氣體空速,這決定了能耗水平和設(shè)備尺寸。
1.2光催化氧化
與熱催化不同,光催化可在室溫下使用紫外線或可見光進行,故PCO的結(jié)構(gòu)比RCO簡單。光催化在室溫下對各種VOCs具有廣泛的活性,但停留時間較長,氧化能力和適應(yīng)性有限。[8]報告稱,在太陽能光催化間歇反應(yīng)器中,使用TiO2的PVC板在3h內(nèi)僅去除42%的苯和38%的甲苯。[2,3]試驗表明,該法具有較高的去除率,但與工程應(yīng)用水平相差甚遠。此外,工業(yè)活動產(chǎn)生的VOCs排放比室內(nèi)環(huán)境更為復(fù)雜,因此發(fā)展最新的光催化技術(shù)成為必要。
1.3催化混合處理
隨著工業(yè)工藝的不斷發(fā)展和優(yōu)化,大部分VOCs污染源傾向于排放低濃度VOCs。在這種情況下,傳統(tǒng)技術(shù)是不合理的,且每個工業(yè)污染源中存在多種VOCs。因此,所涉及的VOCs種類會相互競爭催化氧化;進而不完全氧化導(dǎo)致去除率低和副產(chǎn)物。[4]由于VOCs在物流中的多樣性和復(fù)雜性,通過單一的技術(shù)將它們?nèi)壳宄遣滑F(xiàn)實的。目前,催化與吸附濃縮、臭氧氧化等相結(jié)合的技術(shù)更為有效和合適。
1.3.1吸附濃縮催化氧化
吸附濃縮催化技術(shù)是一種良好的低濃度VOCs污染解決方案。通過連續(xù)吸附和解吸,得到較高濃度的VOCs,使后處理更節(jié)能?;旌衔綕饪s催化技術(shù)具有吸附和氧化的優(yōu)點,且避免了飽和吸附劑的頻繁處置和單一技術(shù)無法解決的高能耗。[5]
1.3.2 臭氧氧化催化
由于VOCS污染物在氣體環(huán)境中穩(wěn)定性差,單次臭氧化很難使其完全氧化為CO2和H2O。使用臭氧作為預(yù)處理可與普通催化技術(shù)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。[5]在工程中,臭氧氧化過程中產(chǎn)生有害副產(chǎn)物尤為令人關(guān)注,研究制備了鈷錳復(fù)合氧化物催化劑,在室溫下于O3去除甲醛,在微量O3濃度下達到80.2%的甲醛去除效率。[6]這種臭氧氧化與催化或光催化氧化結(jié)合的混合處理比單體處理更有效、更環(huán)保。
2結(jié)論
低溫催化脫除VOCs具有效率高、經(jīng)濟性等優(yōu)點,受到了廣泛的研究。涉及熱和光誘導(dǎo)類型的多組催化氧化劑已成功地用作常規(guī)VOCs去除技術(shù)。同時,吸附、臭氧氧化等在去除VOCs方面具有很多有點,在實驗室反應(yīng)器中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能;但其在實踐中存在著二次污染及效率相對較低的缺點。對于低濃度特征的VOCs排放,傳統(tǒng)的燃燒、冷凝等方法難以滿足嚴(yán)格的規(guī)定。混合催化處理結(jié)合了各種技術(shù)的優(yōu)點,對低濃度VOCs污染的治理更具成本效益。
文章來源:北極星VOCs在線
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