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工业废气中甲苯处理技术研究现状与进展

随着工业的高速发展，大量挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)被排放到了大气中，对环境造成了严重污染。VOCs的种类繁多，其中有一些化学性质比较活拨，在一定气象条件下可与氮氧化物发生一系列光化学反应，形成光化学烟雾和二次污染物(如臭氧、醛、酮类以及颗粒物等)，其危害性甚至比一次污染物更大。卤代烃类VOC、会在大气中与臭氧发生链式反应，造成臭氧消耗形成空洞，使得紫外辐射增强。大多数VOCs具有持久存在性和积累性的特点，严重威胁着生态环境，对人体具有致癌、致畸、致突变的危害。据统计，全世界每年直接或间接死于因VOCs污染而导致的疾病的人口约160万，已经成为继颗粒物、NOx和SO2等之后的第三大空气污染物，是危害人们身体健康和制约-进步发展的主要因素之一。
我国已经在《重点区域大气污染防治“十二五”规划》和《大气污染防治行动计划》中明确指出要推进VOCs污染的防治，要求重点行业现役源VOCs排放量减少10%~18%。作为VOCs中的代表性成分，甲苯因其巨大的危害性引起了-的广泛关注。

目前，国内外处理甲苯的方法主要有回收法和销毁法。常用的回收法有吸附法、吸收法、冷凝技术和膜分离法；常用的销毁法有低温等离子体法、光催化法、催化氧化法以及低温等离子体协同催化技术。
VOCs指挥发性有机物，包括芳香烃、脂肪烃、有机极性物三类，是常温下饱和蒸气压＞70Pa、常压下沸点(260℃下的有机化合物。VOCs具有刺激性、剧毒性、致畸性、致癌性，对生态环境、动植物生长以及人身健康都有极大危害。以下是几个治理VOCs技术的研究与分析。
1、活性炭纤维吸附技术
吸附技术因吸附材料不同，主要分为活性炭吸附技术、活性焦吸附技术、活性炭纤维吸附技术等。这是目前使用最广泛的处理有机废气的手段之一，因吸附剂良好的性能，有低成本、易操作，效果明显的特点。其中活性炭纤维(ACF)吸附技术用于燃煤电厂烟气中的VOCs治理较有前途。ACF是由前驱体材料经过预处理、活化及炭化制作而成，比表面积较颗粒活性炭大很多，其中的微孔较多且分布均匀，吸附效率高，还具有可再生的特点，被用作新型化工吸附分离材料。比较活性炭纤维与活性炭颗粒性能。ACF材料厚度为20mm，滤镜小于0.2m/s，VOCs浓度值＜1000mg/m³时，对VOCs净化效率高达90%之多。随着学者对VOCs吸附研究的深入，利用表面化学改性对ACF材料进行处理，改善其表面官能团较少的现状，可以提升其对三苯及混合物、甲苯、甲醛等有机化合物的吸附能力，提高实际应用价值。相关学者利用H2O2浸渍修饰的方式对ACF材料进行化学改性，并对改性前后的ACF脱除甲苯效果进行观察。结果表明，ACF在经过改性后一定程度上降低了比表面积与孔容，但增加了含氧官能团含量与吸附甲苯能力。在模拟烟气中，当O2浓度为5%，吸附温度在40℃，并且烟气中不含有水蒸气的环境时，ACF的脱除甲苯能达到较佳效果。
2、等离子体一一光催化复合净化技术
等离子体一一光催化复合净化技术集成了等离子体净化技术和光催化净化技术的优越性，对甲苯、氨气、O3、CO、气相苯等有机化合物有较好的净化效果。当前的等离子体一一光催化复合净化技术主要有2种方式，一是将光催化剂直接附着在等离子体发生装置上，如在等离子体发生管的管壁涂覆光催化剂膜，这种方式有光催化剂表面积较低和增加等离子体器件制备难度的缺点；一是以等离子体产生的电磁波作为光催化剂的激发光源，这种方式较大的问题是等离子体产生的可用于激发光催化剂的光的强度较弱，不足以引发大量的光催化降解反应。鉴于此，我国相关学者积极探索新的复合方式，以期提升复合净化技术的效率与使用价值。许太明等人尝试了一种新的复合方式，通过实验对等离子体单元在前、光催化单元在后和气流先流经光催化网再经过等离子体单元两种组合方式进行比对，发现前者净化效果明显高于后者，有较显著的协同促进效应，并发现通过改变等离子体发生单元与光催化单元的距离、在两者问放置可消除负电荷影响的网状物等还可进一步提高反应性能。但该技术无论在国外还是国内都仍处于试验阶段，有待进一步实质性的研究进展。
3、催化燃烧技术
催化燃烧设备>技术指使用催化剂使VOCs在低温条件下燃烧，分解成CO2、H2O、热量的一种净化技术。其特点是耗能少、起燃温度低，而且对浓度较低的VOCs也能进行处理。与一般热力燃烧相比，无需较多辅助热量，是一种新型环保的VOCs处理技术。
催化燃烧技术中，催化剂性能越高，对VOCs的净化就越彻底，反之则净化不够完全。催化剂的种类主要有金属氧化催化剂、贵金属催化剂等，贵金属催化剂由于成本高、易中毒和资源匾乏等缺点，应用的较少。目前，主要以金属氧化物催化剂为主，其高温稳定、低温高活性和抗中毒能力强等特点，使得它被广泛的应用在工业生产当中。我国科学家通过多次试验得到NiO/γ-Al2O3、CdO/γ-Al2O3、CuO/γ-Al2O3等多种催化剂，同时也验证了其起燃温度低、催化活性高的特点。而后科学家们用不同的催化剂对氯苯进行燃烧试验，发现在同等负载时，载体的不同对催化剂活性的影响巨大。Liu等相关人员采用浸渍法制备MnOx/TiO2、MnOx/Al2O3以及MnOx/SiO2催化剂，并对氯苯进行催化燃烧试验中发现催化剂活性较高的是 MnOx/TiO2，在经过TPR与XRD测试分析表明出现此类现象的原因在于活性组分MnOx在该催化剂上具有较高的分散度。Yang等对SBA-15与MCM-41分子筛分别作为CuO载体催化苯燃烧的性能实验中，发现在载体SBA-15上CuO的分散度大于载体MCM-41，因而在载体SBA-15催化苯燃烧的活性更高。
我国在VOCs的VOC催化燃烧设备技术方面研究效果显著，但由于催化剂的制备、VOCs种类分析、工艺等多方位因素的影响，催化燃烧技术的过程都较为复杂，若将其应用在燃煤电厂中，种类繁多的VOCs和Cl、S、P、H2O等也都会降低催化剂活性。因此，要结合燃煤电厂的生产实际及工艺条件进行理论与实践的结合，有针对性的改善催化燃烧技术，保护生态环境。
4、生物技术
生物技术指利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除燃煤电厂烟气中的VOCs，达到净化烟气中的VOCs含量的目的。我国于20世纪90年-始重视生物技术，逐步在石油烃污染的治理、水体富营养化、地下水污染等领域取得了一定成效。目前生物技术中，针对燃煤电厂烟气中VOCs治理方面主要是微生物法。利用附着生长在填料上的微生物新城代谢过程，把污染物降解为CO2、H2O等无机物，并生成新的微生物细胞质。我国对于生物修复技术的研究时问尚短，有些地方不够成熟，烟气中VOCs的治理程度、有毒物质的去除、污染物的转化产物的研究等方面，都不够完善。但总体看来，生物技术与-的治理技术相比，具有费用低、效果显著和无二次污染的特点。因此，生物技术必会为人类有效的解决环境问题作出更加巨大的贡献。
综上，活性炭纤维吸附技术、等离子体一一光催化复合净化技术、废气催化燃烧技术、生物技术都对VOCs的治理有显著作用。鉴于实际生产工艺及科学研究的-，每种技术也都或多或少存在些许不足之处，有待不断改进完善，以便于保护生态环境、动植物生长以及人身健康。
河北沧净环保设备有限公司（http://www.chinacangjing.cn）主要从事各种废气催化燃烧设备、VOC废气催化燃烧设备、催化燃烧设备推广工业领域清洁环保技术，从污染源头进行环保治理，开发适应各种复杂工况的污染治理技术，以满足市场的不同需求。

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