低溫等離子體處理VOCs技術及未來發展

李 雨

（廣東環協科技咨詢開發中心 廣東廣州 510045）

引言

隨著經濟與社會的日益發展，工業生產活動持續繁榮，伴隨而來的是大范圍的大氣環境污染，其中VOCs（揮發性有機化合物）以其存在的廣泛性和對人體健康的危害性被廣泛關注，并被列為防控重點，VOCs一般產生于石油化工、涂料油墨生產、建筑裝修等行業。VOCs濃度過高易引起人體急性中毒，長期暴露在VOCs環境中易引發頭暈、惡心、呼吸系統受損等慢性病。同時，由于VOCs的特殊性，控制VOCs一向是環保治理的難點，處理VOCs目前仍未有效果很好的環保技術。

1 揮發性有機物概述

根據世界衛生組織的定義，揮發性有機化合物（VOCs）是指室溫下飽和蒸氣壓超過133.322Pa，沸點在50℃至260℃的易揮發的有機物，由于其較容易揮發，對大氣環境和人體健康的影響尤其嚴重，VOCs種類繁多，常見的包括：苯系物、醛類、醇類、酯類、醚類、烷烴類等。VOCs的控制難點是較難降解，同時無組織排放的情況較多。

低溫等離子體技術處理VOCs具有效率高、能耗低、處理量較大、環保設施壽命較長，無二次污染的特點，因此是VOCs治理領域的理想技術，已成為目前較多專家學者的研究熱點。

2 低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣

2.1 低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣反應機理

一般認為，等離子體是除了物質的固態、液態和氣態以外的第四態，其本質，是在外力的作用下，激發產生的自由基、離子、電子和中性粒子的集合。根據等離子體本身的熱力學平衡特征和溫度特征，將其分為熱力學平衡態和熱力學非平衡態，也即高溫等離子體和低溫等離子體。由于高溫等離子體在處理廢氣污染物時需要消耗的能量較大，且激發污染物沒有選擇性，實用性較低，因此一般沒有應用在VOCs處理領域。相比較而言，低溫等離子體對污染物的激發具有選擇性，耗能低，其所帶的粒子能量較高，是VOCs治理的合適選擇，因此被廣泛應用和研究。目前低溫等離子體主要通過放電產生，如介質阻擋放電、電暈放電等。

低溫等離子體技術處理VOCs的機理一般認為是低溫等離子體中的帶有較高能量的電子、離子、自由基等活性物質與VOCs分子產生非彈性碰撞，再通過一些列的物理化學、氧化還原、激發電離等作用，使有毒有害的VOCs轉變為無毒無害的物質，將大分子物質降解為小分子物質，從而達到處理VOCs的效果。

2.2 低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣的研究情況

低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣研究目前主要集中在以下三個方面：一是探討不同的放電方式對低溫等離子體技術處理VOCs的影響；二是對低溫等離子體技術處理VOCs中的特定物質的效果比較；三是低溫等離子體與催化劑協同處理VOCs研究。翁棣等人采用脈沖混合電暈放電，在載氣流量為0.15L/min，空氣流量為70L/h的條件下，去除苯的效率可達到80%以上；馮春楊等人采用脈沖電暈放電，處理流量為1620ml/min，濃度為76.8mg/m3的苯，去除率可達到60%以上。有的學者研究表明，在介質阻擋放電產生低溫等離子體的作用下，與CoMnOx/ZSM-5催化劑協同處理甲苯，在氣體流蘇為500mg/min，濃度范圍在0至100ppm的條件下，低溫等離子體與催化劑協同作用處理甲苯的去除率可達到90%以上；同樣是介質阻擋放電產生低溫等離子體，與Co-Mn/Al2O3催化劑協同處理甲苯的去除率可達到100%。

2.3 低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣的影響因素

從低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣的研究中可以看出，不同的放電形式，產生的等離子體的組分不同，對VOSs的處理效果存在差異；不同的污染物種類，其對等離子體中的活性粒子的響應程度也不盡相同，因此在處理效果上有高有低；與不同的催化劑協同作用，由于不同催化劑的催化與等離子體的耦合效果不同，其對VOCs的處理能力也不同。由上可知，放電形式、污染物種類和協同處理的催化劑種類均是低溫等離子體處理揮發性有機廢氣的影響因素。當然，除此之外，反應器結構、溫度、濕度、氣壓、進氣流量、進氣負荷等都會影響低溫等離子體處理VOCs的效果，這就要求我們在實驗和實際應用中更好地摸清其中的規律和主次要因素。

結語

本文介紹了低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣的基本概念、反應機理和目前的研究現狀，探討了影響處理效率的主要因素。目前來說，低溫等離子體技術處理揮發性有機廢氣目前仍屬于較新的環保治理技術，實驗研究的多，實際應用的少，之后的研究方向，筆者認為應該著重深入分析低溫等離子體處理VOCs的化學機理，并從放電方式、污染物種類、協同處理等角度探討提高低溫等離子體處理VOCs的途徑。

[1]翁棣等.脈沖電暈法處理VOCs的研[M].浙江大學，2010.

[2]馮春楊等.脈沖電暈技術處理揮發性有機化合物的應用研究[J].中國工程物理研究院北京研究生部，2003.

[3]宋華，王保偉，許根慧.低溫等離子體處理揮發性有機物的研究進展[J].化學工業與工程，2007，24（4）：356-361.