VOCs 光催化氧化技術(shù)在印刷行業(yè)中的應(yīng)用

崔建蔚

（太原市華特森環(huán)境技術(shù)有限公司，山西 太原 030024）

VOCs，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是在常溫常壓下具有揮發(fā)性的所有有機(jī)化合物的總稱。不僅本身對(duì)環(huán)境和人體健康有害，而且可以在光的作用下發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)生成二次污染物PM2.5 和O3，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生更大的危害，是影響空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)的重要因素。

1 光催化氧化技術(shù)概述

光催化氧化技術(shù)工作原理就是利用特制的高能高臭氧UV 紫外線光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣，使有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物。如CO2、H2O 等。紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。臭氧對(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，工業(yè)廢氣利用排風(fēng)設(shè)備輸入到凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運(yùn)用高能UV 紫外線光束及臭氧對(duì)工業(yè)廢氣進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使工業(yè)廢氣物質(zhì)其降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過(guò)排風(fēng)管道排出室外。光催化反應(yīng)主要在催化劑表面進(jìn)行，借助半導(dǎo)體光催化劑對(duì)一定波長(zhǎng)內(nèi)的光響應(yīng)性能進(jìn)行反應(yīng)，利用光子的作用，改變還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)。常用的光催化氧化催化劑一般為二氧化鈦，利用二氧化鈦進(jìn)行光催化時(shí)，二氧化鈦接受特定波長(zhǎng)的光子后，對(duì)其全部吸收，產(chǎn)生帶有負(fù)電的光生電子，與吸附在表面的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2 光催化氧化技術(shù)在包裝紙箱印刷中的應(yīng)用

VOCs 是形成細(xì)顆粒物（PM2.5） 和臭氧（O3）的重要前體物，對(duì)氣候變化也有重要影響。VOCs不僅廣泛產(chǎn)生于各個(gè)工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)制造中，而且可以從任何生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)口和隙縫中泄漏到空氣中，來(lái)源非常廣泛。而相對(duì)于顆粒物、二氧化硫、氮氧化物污染控制，我國(guó)VOCs 管理基礎(chǔ)薄弱，已成為大氣環(huán)境管理短板。通過(guò)對(duì)京津冀及周邊地區(qū)源解析分析，現(xiàn)階段有機(jī)物（OM） 是PM2.5最主要組成部分，其中二次有機(jī)物占OM 比例為30%～50%，主要來(lái)自VOCs 轉(zhuǎn)化生成；同時(shí)也是O3生成的主控因子。由于VOCs 對(duì)環(huán)境造成的影響越來(lái)越顯著，生態(tài)環(huán)境部先后出臺(tái)了《涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB37824-2019）及《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB37822-2019），山西省出臺(tái)了《山西省重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs） 2017 年專項(xiàng)治理方案》中包裝印刷排放標(biāo)準(zhǔn)，排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 有組織源排放參考限值

在包裝紙箱印刷行業(yè)油墨通常使用醇、芳烴等揮發(fā)性物質(zhì)作為溶劑或稀釋劑，在使用過(guò)程中作為溶劑的VOCs 氣化進(jìn)入大氣中。為了遏制VOCs 對(duì)大氣的影響我國(guó)出臺(tái)了相關(guān)政策，提倡從源頭替代。通過(guò)使用水性、植物基等低VOCs含量的油墨，從源頭減少VOCs 的產(chǎn)生，但并不能完全消除VOCs 的排放。山西省太原市清徐縣某包裝紙箱印刷企業(yè)生產(chǎn)食品用包裝紙箱，在外購(gòu)的三層瓦楞紙板上印刷所包裝產(chǎn)品的相關(guān)文字及圖案，印刷完成干燥后，裁剪成客戶所需的規(guī)格和大小出廠。由于環(huán)保要求及油墨的更新?lián)Q代，該企業(yè)采用水性油墨進(jìn)行印刷生產(chǎn)，水性油墨是指采用水并加入少量乙醇作為稀釋劑，采用苯乙烯-丙烯酸酯類或松香酯類等水溶性樹(shù)脂作為連接劑，并加入適量的顏料和助劑。該企業(yè)所使用的水性油墨成分包括25%的苯乙烯-丙烯酸樹(shù)脂，30%的水，10%的乙醇，20%的顏料，10%的三乙胺，5%的消泡劑等其他助劑，生產(chǎn)設(shè)備為2400 型水墨印刷成型機(jī)，油墨為水性油墨，印刷采用柔版印刷。在印刷過(guò)程中，苯乙烯-丙烯酸樹(shù)脂會(huì)散發(fā)出氣味，乙醇和三乙胺會(huì)揮發(fā)出VOCs，因此，在包裝印刷過(guò)程中采用合理的處理設(shè)施顯得尤為重要。由于印刷油墨質(zhì)量的改進(jìn)及溶劑成分的改變，采用水性油墨的凸版印刷工序排放的VOCs 濃度較低，一般在50～400mg/m3之間，因此對(duì)VOCs 的收集極為重要，在印刷輥筒上方設(shè)置密閉集氣罩，盡可能將揮發(fā)出的有機(jī)廢氣完全的收集進(jìn)入處理設(shè)施，經(jīng)處理后通過(guò)15米的排氣筒排放。為了保證最佳的處理效果并保證異味的不逸散，在光催化氧化實(shí)施后附加活性炭吸附，凈化效率可達(dá)90%以上。不同排放濃度的VOCs 有相應(yīng)的處理方法，光催化氧化技術(shù)并結(jié)合活性炭吸附通常應(yīng)用于低濃度有機(jī)廢氣及惡臭異味的處理，可以達(dá)到良好的處理效果并滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，且工程造價(jià)在企業(yè)可接受的合理范圍內(nèi)。

3 總結(jié)

VOCs 光催化氧化技術(shù)適宜于處理低濃度有機(jī)廢氣，即使企業(yè)有機(jī)廢氣在極低的濃度下仍然可以達(dá)到良好的處理效果，處理后廢氣濃度甚至可以在1mg/m3以下。企業(yè)在考慮環(huán)保設(shè)施有效性的同時(shí)也遵循經(jīng)濟(jì)適用原則，光催化氧化技術(shù)在處理低濃度有機(jī)廢氣時(shí)，其反應(yīng)條件溫和易控，效率高，降解能力強(qiáng)，而投入成本比較低，同時(shí)能源消耗小，并且操作簡(jiǎn)單，在大氣污染治理中得到普遍應(yīng)用。綜上所述，光催化氧化技術(shù)并結(jié)合活性炭吸附處理有機(jī)廢氣可以達(dá)到理想的處理效果，投資小，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)仍在研發(fā)改進(jìn)階段的低VOCs 油墨是行之有效的處理方法。