含炭纖維吸附處理VOCs的專利分析

張旭磊 周 寧 賀 翔 肖明芳 張紀文

（1.南京大學環境規劃設計研究院集團股份公司，江蘇 南京 210093；2.江蘇圣典律師事務所，江蘇 南京 210000）

0 引言

黨的十九大報告中提出，持續實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛戰［1-2］。其中，大氣污染、特別是VOCs的治理十分重要［3-4］。是當前VOCs治理存在源頭控制力度不足、無組織排放嚴重、治理設備凈化效率低下等治理困境［5-8］。

吸附法處理VOCs的原理是利用比表面積大的具有多孔結構的吸附劑將VOCs分子截留,當廢氣通過吸附劑時，VOCs就被吸附在孔內，使氣體得到凈化。吸附法的關鍵是吸附劑，依賴于吸附劑是否具備良好的吸附能力［9］。活性炭纖維屬于第三代活性炭產品，其具有較好的比表面積和微孔結構，微孔體積占總孔體積的90%以上，具有比粒狀活性炭更大的吸附容量和更快的吸附動力學性能，吸附效率更高，吸、脫附速度更快。目前，隨著對活性炭纖維的表面結構和性能關系的探索和了解，活性炭纖維的表面改性技術及其在污染物凈化領域的應用研究越來越受到重視。

1 專利數據來源

利用incoPat數據庫對含炭纖維吸附處理VOCs的全球專利進行檢索分析。

2 含炭纖維吸附處理VOCs專利數據分析

2.1 全球專利申請趨勢分析

圖1為含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請趨勢，從趨勢來看，含炭纖維吸附處理VOCs的相關中國專利申請數量比較多，所以中國相關專利申請的趨勢對全球相關專利的趨勢影響較大，因此將國外和中國的專利申請趨勢分別進行分析。

圖1 含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請趨勢

從圖1a可以看出，全球第一個關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請出現在1971年。此專利為美國專利，申請日是1971年06月23日，申請人為BRITISH OXYGEN CO LTD，涉及一種真空設備包括真空泵和用于吸附從泵回流的烴的吸附捕集器［10］。從圖1b可以看出，1971—1997年，國外關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請量呈緩慢波動增長且專利申請量很小，1972—1986年沒有相關專利申請，直到1987—1997年專利申請量才開始呈緩慢波動增長，此階段為國外含炭纖維吸附處理VOCs技術發展萌芽期。1998—2001年，國外關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請量呈加速上升，說明國外關于含炭纖維吸附處理VOCs進入技術成長期，此階段韓國、日本關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請量開始增加，尤其是韓國，在此申請了18件相關專利，這也是1998—2001年期間國外關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請量呈加速上升的一個原因。2002年至今，國外關于含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請量呈波動狀態，沒有明顯的上升和下降趨勢，此時間段處于成熟期，其中2015年專利申請量出現較大的下降，因為國外專利申請較大的國家韓國在2015年的申請量為0，而其他國家與地區每年的專利申請量相對比較平衡。

中國第一個關于含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請為1994年03月14日的個人申請，申請號為CN94102572.1，涉及一種有機廢氣凈化回收方法及其裝置，由多個吸附芯體構成的組件式固定床吸附器和單床吸附過程與雙床串聯吸附過程相結合的流程，吸附芯體的吸附層設計為里外兩層，可以充分利用不同吸附劑各自的優點；外層選用流體阻力小、單位重量吸附劑，如較大粒徑的活性炭，內層選用吸附、脫附速率大的活性炭纖維或其制品或較小粒徑的活性炭，使得整個吸附層在較小的床層阻力下，擁有較大的吸附容量和較好的吸、脫附動力學性能［11］。

2.2 專利技術區域分布分析

表1顯示了全球含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請區域分布，從表1可以看出，相關專利主要集中在中國，但是中國含炭纖維吸附處理VOCs技術領域研究起步晚，目前還處于技術成長期，與國外(尤其是起步最早的美國)的技術還存在一定的差距。中國作為相關專利的最大申請目標國，且集中在最近數年，希望中國的相關企業能夠通過專利的提前布局，提前占領技術領地，從而劃分市場。

表1 全球含炭纖維吸附處理VOCs的專利申請區域分布

表2反映了全球含炭纖維吸附處理VOCs技術相關專利主要流向情況。由表2可以看出，美國對外布局的專利最多，幾乎在每個含炭纖維吸附處理VOCs研究較多的國家和地區都有專利布局，遠遠超過其他國家的對外布局。中國、韓國、日本、美國等被外國布局的專利較多，說明這幾個國家和地區是全球最大的含炭纖維吸附處理VOCs技術目標市場。我國含炭纖維吸附處理VOCs技術相比國外起步較晚，但后續發展正在追趕日美韓，截至目前，我國含炭纖維吸附處理VOCs技術相關專利申請量已經遠遠高于其他國家，然而對外布局尚處于萌芽階段，反映我國企業專利布局意識薄弱。

表2 全球含炭纖維吸附處理VOCs技術相關專利主要流向

2.3 專利申請人分析

圖2所示為全球含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請人排名情況，從圖2可以看出申請人中企業占比多，而且申請量排名前三的都為企業，這主要是由于VOCs污染控制技術更偏向市場應用，而科研院所更傾向基礎技術的研究開發，申請量排名前三的依次為中國石油化工（中國）、恩沃德系統（美國）、恩比安公司（韓國），而目前中國、美國、韓國也是目前含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請量排名前三的國家。

圖2 全球含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請人排名

圖3所示為全球含炭纖維吸附處理VOCs相關專利的申請人專利價值度情況，從圖中可以看出中國申請人的專利申請量較多，但是總體的專利價值度低于國外的公司，專利價值度達到10的專利申請人為恩沃德系統（美國）、恩比安公司（韓國）、韓國能源研究所（韓國），而專利價值度最低為4的專利申請人為江蘇南方涂裝環保和青島華世潔環保科技。這表明在碳纖維專利的布局過程中最需要的是通過強化研發，增強其使用價值［12-13］。

圖3 全球含炭纖維吸附處理VOCs相關專利的申請人專利價值度

圖4所示為含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請人構成。目前含炭纖維吸附處理VOCs技術相關專利的申請人主要是以企業為主體，個人、大專院校、研究所等作為申請人的比例很小，這主要是含炭纖維吸附處理VOCs技術更偏向市場應用，而科研院所更傾向基礎技術的研究開發，說明含炭纖維吸附處理VOCs已經市場化。

圖4 中國含炭纖維吸附處理VOCs相關專利申請人構成

3 結論

截至目前，我國含炭纖維吸附處理VOCs技術相關專利申請量已經遠遠高于其他國家，然而對外布局尚處于萌芽階段，反映我國企業專利布局意識薄弱，而且專利質量相對低于含炭纖維吸附處理VOCs技術發展強國，所以在含炭纖維吸附處理VOCs專利中，申請人需要關注專利的質量和專利布局的全面性，尤其是國外專利的布局。

目前，含炭纖維吸附處理VOCs技術效率提高和成本降低兩個技術功效涉及專利申請量最多，是國內申請人最關注的兩個技術功效。其次是安全提高，降低成本和提高效率切實關系到實際處理過程及后期投入生產的價值。近年來不斷出現的化工企業安全問題導致人員傷亡的事件使安全問題成為企業申請人最關注的技術問題，這也是含炭纖維吸附處理VOCs研究比較成熟的方向。申請人可以針對現有技術的缺陷進行改進使得效果更好，并進行相應的專利布局。提高使用壽命這一技術功效涉及的專利申請較少，屬于這一領域的技術空白點。申請人在今后的技術研發和專利布局上可側重壽命提高這一技術功效，從吸附劑的穩定性和循環再生或者裝置的改進方面出發，使吸附劑或者裝置的使用壽命得到延長。