光催化氧化法處理揮發性有機廢氣的分析研究

楊玉峰++葛海泉

摘 要：近幾年，我國化工企業的建造進入了一個快速興起的階段。不過需要注意的是，很多相應的工業企業對環保缺乏有力的投資，使得大量工業有機廢氣被排放出去，嚴重危害了地球的大氣環境，威脅到人類的身體健康，更給我國國民經濟帶來了巨大的損失。我們需要加大力度對相應的有機廢氣進行治理。針對揮發性有機廢氣的治理，主要是治理工業生產過程中所產生的廢氣，下面詳細介紹了如何利用光催化氧化法處理揮發性有機廢氣。

關鍵詞：有機廢氣；紫外光；廢氣處理；活性材料

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.105

針對有機廢氣的處理，國際上很早之前就已經進行了相關研究，并提出了很多科學、有效的控制技術。例如研究較多且正在廣泛應用的冷凝法、吸收法和熱破壞法等。不過近幾年，有關處理有機廢氣的技術有了很大的發展，出現了很多新的控制技術，目前這些新型技術包括光催化氧化法、生物膜法、等離子體分解法等。

其中，在治理有機揮發性廢氣方面，光催化氧化法是一種相對優良的方式，其有著不可替代的優勢，例如效益高、能耗小、不會出現二次污染的情況等。本文針對有機廢氣處理的科學措施，重點為大家介紹了有關光催化氧化法處理揮發性有機廢氣的內容。

1 揮發性有機廢氣的特征與處理

針對揮發性有機廢氣的治理，主要是治理工業生產過程中產生的廢氣，對其做吸附、凈化、過濾等處理，將原本的廢氣轉化為無害無毒的小分子的過程。現在我國化工工業領域所產生的揮發性有機廢氣有很多種類，其中主要包括甲醛、乙酸乙酯、丙烯酸、漆霧、苯乙烯等等。這些氣體具有容易溶于有機溶劑、容易燃燒爆炸、不好處理、難溶于水等特點。

2 利用光催化氧化法處理揮發性有機廢氣

伴隨著我國社會主義科學技術和市場經濟的快速發展，有關化工企業的建造也進入了一個快速興起的成長階段，但隨之而來的是有關企業環保問題的日益突出，相應的企業公司對環保缺乏有力的投資，從而促使大量工業有機廢氣被排放出去，嚴重威脅到人類的身體健康，更是給我國國民經濟帶來了巨大的損失。所以我們有必要加大處理有機廢氣的力度。

2.1 揮發性有機廢氣的凈化

揮發性有機廢氣中包括某些酸性氣體。這些酸性氣體不僅會導致相應設備的使用壽命減少，還可能會大幅度降低光催化氧化的效率。由此可知，我們有必要對揮發性有機廢氣作好預處理，把其中包含的酸性氣體進行剔除，然后再將剩余氣體輸入凈化設備中。因為酸性氣體大部分都有易溶于水的特質，所以對揮發性有機廢氣作的預處理可以用水洗裝置來進行。其處理的具體流程為以下幾步：①揮發性有機廢氣收集；②揮發性有機廢氣經過水洗裝置做預處理；③揮發性有機廢氣經過凈化設備進行光解、催化；④氣體各指標達標后進行排放。

2.2 揮發性有機廢氣的光催化氧化

在治理有機揮發性廢氣方面，光催化氧化是一種新型且優良的處理方式。該處理方式主要是經過UV紫外光照射相應的光催化劑，導致其生出高能電荷-電子空穴對，同時在空氣中的O2、H2O等物質的作用下，促使有機揮發性廢氣借助催化劑表面進行催化，轉化為CO2、H2O與其他各種無機小分子物質等。該光催化氧化的反應過程具體如下方程式所示（以TiO2為例）：

Hv+TiO2→h++e-

O2ads+Ti3+→O2ads-+Ti4+

OH-+h+→OH

O2ads→2Oads

Ti4++e-→Ti3+

O2ads+Ti3+→Oads-+Ti4+

將廢氣輸入光解催化凈化設備中進行光解、催化氧化。其中，光解主要是將空氣里的氧氣經過高能UV紫外線進行分解，使其分解為游離態的氧，因為其正負電子不處于平衡狀態，所以其非常容易與氧分子結合，從而轉化為臭氧（O3），具體的過程如下化學方程式所示：

O2+UV→O（游離態）+O-

O2+O（游離態）→O3

O3的強氧化作用可以導致廢氣被分解。將紫外線放電管安裝在UV高效設備里面，其所產生的光子能量能夠高達647 kJ/mol或是642 kJ/mol。這么高的光子能可以將小于該能量的廢氣分子鍵快速裂解，促使這些廢氣轉化成無機小分子物質。具體如下表1所示。

經過長時間研究，有機揮發性廢氣在納米級別的活性材料以及紫外光能量的共同作用下，可以在短時間內被充分分解，其分解時間可達2～3 s。將納米級別的活性材料加入到治理廢氣的凈化設備中，并用紫外線對其進行照射。因為大量的光能可以被里面的活性材料所吸收，同時生成h+（空穴）與e-（電子），而其所生成的e-和h+具備相應的氧化還原能力，能夠與O2、H2O反應快速生成·O2-（超級陰氧離子）和·OH（氫氧根自由基），這兩者有著非常高的氧化能力。·OH能夠將有機揮發性廢氣中的電進行氧化，具有非常強的氧化電位能力，可以促使無光吸收能力物質的氧化分解。

3 結束語

本文為大家詳細講解了利用光催化氧化法處理揮發性有機廢氣的分析研究內容，例如揮發性有機廢氣的特征、對其進行治理的詳細過程，包括發性有機廢氣收集、水洗裝置預處理、凈化設備光解-催化、達標后的氣體排放。還簡單闡述了常見分子鍵結合能量、常見有機揮發性廢氣分子間鍵結合能和生成物等。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕