光催化氧化法處理塑料加工揮發性有機廢氣的技術分析

孫靖茹

摘 要：隨著我國經濟的持續快速發展，塑料加工業已經成為國民經濟中最具競爭力和活力的行業之一，但是值得注意的是，多數企業在揮發性有機廢氣治理方面資金投入不足，使得揮發性有機廢氣未被處理或未達標就直接排放。本文重點介紹了塑料加工行業揮發性有機廢氣的產生環節、特點以及幾種常見的有機廢氣治理技術，并針對光催化氧化法在揮發性有機廢氣治理中應用前景進行分析。

關鍵詞：催化氧化法;塑料廢氣;處理;應用

0 前言

塑料是以天然或合成樹脂為主要成分，加入各種添加劑，在一定溫度和壓力下塑制成一定形狀并在常溫下保持形狀不變的材料，具有成本低、可塑性強等優點，在日常生活中應用廣泛，對推動國民經濟的發展起到重大作用。但是在塑料加工業的快速發展過程中，人們對環境問題日益關注。塑料加工企業在生產過程中會產生非甲烷總烴、苯乙烯、乙酸乙酯等揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，英文縮寫VOCs），VOCs不僅本身具有較強毒性，同時也是形成細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前體物，對人體健康及生態環境具有重大影響。因此，當前大氣污染防治工作的重點是采取有效治理技術處理揮發性有機化合物。

1 塑料加工揮發性有機廢氣特征

塑料加工行業的生產工藝有很多，常見的有注塑、吹塑、擠塑、吸塑、模壓成型、壓延成型、發泡成型等，工藝流程一般為預處理（投料、裁切、切邊）、熔融、水冷、切粒和包裝。在加熱熔融過程中會產生惡臭和VOCs，根據加工工藝和原材料的不同，產生的廢氣成分有所差異，常見的塑料加工VOCs主要成分包括非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、間對-二甲苯、苯乙烯、正十一烷、丙酮、丁酮等，這些有機廢氣雖然產生濃度總體較低，但是具有難溶于水、易溶于有機溶劑、毒性大、危害性強、不易處理等特點。

2 VOCs常用治理標準、指南及治理技術

2.1 治理標準、指南

2.1.1 相關國家標準

《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）

《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB37822-2019）

《合成樹脂工業污染物排放標準》（GB31572-2015）

《涂料、油墨及膠粘劑工業大氣污染物排放標準》（GB37824-2019）

《飲食業油煙排放標準》（GB18483-2001）

《制藥工業大氣污染物排放標準》（GB37823-2019）

《惡臭污染物排放標準》（GB14554-2008）

《加油站大氣污染物排放標準》（GB20952-2007）

2.1.2 常見地方標準

天津市《工業企業揮發性有機物排放控制標準》（DB12/524-2014）

江蘇省《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB32/ 3151-2016）

2.1.3 相關治理指南

《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》（環大氣〔2019〕53號）

《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南（試行）》

《江蘇省重點行業揮發性有機物污染控制指南》（蘇環辦〔2014〕128號）

2.2 常見治理技術

2.2.1 低溫等離子技術

主要依靠電場作用施加發電廠的高頻放電點，在極短時間內利用等離子體所產生的高能沖擊并打開有機廢氣分子的化學鍵，實現了氣體的分解并將分子分解成單個原子或無害分子。它可以通過分解等離子體的正負電子激發粒子以及高能電子和強氧化自由基來氧化有機廢氣分子，破壞其原有的構造而改變其性狀，以達到降解污染物的目的。

2.2.2 變壓吸附技術

主要利用不同吸附劑對氣體成分的不同吸附特性，壓力變化影響吸附量，并利用壓力對有機廢物進行氣體分離和凈化。由于可以使壓力波動循環，因此可以在低分壓的條件下通過強力吸附使組分脫附，不僅可以凈化有機氣體，還可以再生吸附劑。變壓吸附技術中使用的吸附劑主要有活性氧化鋁、活性炭和硅膠。

2.2.3 納米二氧化鈦催化技術

近年來，納米技術取得了長足的進步，已廣泛應用于各個領域，并且還參與了工業有機廢氣的處理。納米技術的應用使工業有機廢氣高效轉化為無機小分子。同時，它可以分解更復雜的有機廢氣，例如多氯聯苯和多環芳烴。此外，納米二氧化碳技術使用化學方法實現有機物質的氧化降解，可以將它們完全氧化為CO2和H2O，整個過程安全無毒的且非常易于操作。

2.2.4 燃燒技術

主要為直接燃燒和催化燃燒兩種技術。直接燃燒是指VOCs中的可燃分直接參與燃燒，通過高溫將VOCs氧化分解成CO2、H2O和N2等無害物質。催化燃燒指選擇合適的催化劑使VOCs在加熱催化過程中加快化學反應，轉變成CO2和H2O的過程。

2.2.5 光催化氧化技術

目前常見的光催化氧化技術是UV光氧催化，即利用特定波長的紫外光線照射催化劑，將VOCs氧化分解成CO2和H2O等低分子化合物的一種技術。

3 塑料加工VOCs光催化氧化法原理及優點

3.1 光催化氧化法原理

光催化氧化法是一種新型的VOCs處理技術，也是一種特殊的光催化的氧化反應。一般利用半導體作為催化劑，通過特定波長的光（比如紫外光線）對半導體照射，使半導體中的電子轉化成光電子，進而形成電荷--電子的空穴對，產生高活性的自由基，并在空氣中的CO2和H2O水等物質的促進下，與吸附在催化劑表面的VOCs發生反應，加速分解VOCs，使其轉化成的CO2、H2O等低分子化合物。

3.2 催化劑選擇

光催化劑在整個光催化的反應過程中是重要的環節。光催化劑的活性對于整個反應的速度和效果起到了直接的作用。通常，我們會選取TiO2作為光催化劑，因其具有穩定的物理化學性質、催化效率塊、無毒無害、成本低等優點，在反應過程中，分解產生各種有機化合物，不會因為溫度或者壓力的變化而造成操作的影響。

4 塑料加工VOCs污染防治對策

4.1 提高廢氣收集效率

塑料企業使用的原材料在正常存儲期間不會產生或排放VOCs，加熱熔融過程中產生的VOCs主要由集氣罩收集，有部分企業要么排氣收集罩太高，要么氣體收集范圍太小而無法用于制造或操作，這就導致VOCs由于收集不完全逸出，主要集中在投料口、觀察口和擠出口。企業應盡量設立密閉作業空間，合理設置集氣罩高度，提高收集效率，減少廢氣無組織排放，保證廢氣收集率不低于90%。

4.2 控制熔融溫度

為防止塑料熔融過程分解，在熔融過程中應監控加熱溫度，防止溫度過高。相關研究表明，含氯塑料在185℃以下造粒時不會釋放出含氯氣體，因此有些企業使用含氯塑料，比如PVC（聚氯乙烯）作為原料則需要選用低溫熱熔工藝，以控制含氯氣體的產生量并防止二惡英產生。

4.3 提高廢氣處理效率

可從末端治理方面入手，提高廢氣處理效率，綜合考慮VOCs流量、濃度、去除效率等參數，根據這些參數選擇處理效率不低于90%的技術，并定期對處理設施進行維護和保養，確保處理設施的正常運行。

5 結語

本文結合塑料加工行業產生的揮發性有機廢氣的特點，以及塑料加工行業揮發性有機廢氣常見的幾種治理技術，分析了利用光催化氧化法在處理塑料加工行業低濃度揮發性有機物時具有易操作、易安裝、安全性高、成本低以及處理效率高等顯著優勢，與當前我國可持續發展理念、生態環境保護理相符，并具有良好的社會經濟效益，值得我們深入推廣應用。

參考文獻：

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