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工业源罕见VOCs管理技巧的研究停顿

   日期:2019-09-09     来源:互联网    浏览:16    

  随着经济赓续生长,工业临盆会产生大年夜量的挥发性无机化合物(VOCs),VOCs 不经过有效处理排放到大年夜气中,会产生严重的情况成绩,影响人们的安康。本文综述了 2010 年以来工业源 VOCs管理的几种罕见办法(如熄灭法、高温等离子体法、光催化氧化法和生物法)的研究停顿,阐述上述办法的优缺点、实用范围、去除后果和存在的成绩,以期为工业源 VOCs管理办法研究和应用供给有益参考。

  随着工业化赓续生长和严重的空气雾霾,人们愈来愈存眷情况空气质量。有些 VOCs 不只要毒,并且还存在致癌风险,如苯和甲醛等。有些VOCs经过光化学氧化后生成光化学烟雾和二次无机气溶胶,个中二次无机气溶胶是 PM 2.5 的重要构成部分,光化学烟雾和 PM 2.5 会构成灰霾气象景象,对大年夜气能见度产生不良影响;有些 VOCs(如氟氯昂)会直接消费大年夜气层中的臭氧,形成臭氧空洞。近几年,工业源 VOCs管理技巧又有了更大年夜的生长。

  1、熄灭法

  熄灭法重要有直接熄灭、蓄热熄灭、催化熄灭和蓄热催化熄灭四种。

  直接熄灭法工艺简单、污染效力高、熄灭产品主如果 H2O和CO2等。直接熄灭的运转温度普通大年夜于 750 ℃,能耗高,还会产生 NOx 等二次污染物。当 VOCs 浓度小于 1000 ppm 时,仅靠本身熄灭产生的热量没法保持熄灭,须要添加帮助燃料。

  萧琦等研制出了新式多蓄热室改变换向蓄热式热氧化器,该氧化器对 VOCs 的处理效力为 96 %,比惯例热力燃烧炉节能70 %~90 %;然则处理较高浓度 VOCs,排放不达标。蓄热熄灭法对实际医药化工无机废气中的甲苯、甲醇、二氯甲烷、乙醚和四氢呋喃的去除率分别为 88.0 %、94.8 %、95.3 %、96.8 %和 94.6 %,可达标排放,但也存在较多成绩,如进气口传感器和陶瓷体易被梗塞,阀门易腐化等。

  催化熄灭法具有熄灭温度低(平日小于 400 ℃),污染效力高,副产品(如NOx和二噁英)生成量少,对低浓度(<1000 ppm)VOCs也有催化氧化后果等长处。相关于单一金属催化剂,复合金属氧化物催化剂能发挥协同效应,大年夜大年夜晋升催化性能。

  如今重要应用负载型催化剂,由于催化剂的催化性能不只取决于纳米金属离子的活性成分,还取决于负载材料,负载材料经过过程影响催化剂外面活性组分的分散度,从而影响催化剂活性。分子筛(如ZSM-5、MCM-41 和 SBA-15)是罕见的负载材料之一,为懂得决传统分子筛孔径小和激烈妨碍传质的困难,分解出了具有快速传质性能的介孔分子筛。

  阳离子会影响介孔分子筛的催化熄灭性能,Chunyu Chen 等制备出不合阳离子负载的Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H + ,Na + ,K + ,和 Cs + )催化剂,个中Pt-R/Meso-KZSM-5在175 ℃下催化熄灭甲苯的去除率达到98 %,并且这类催化剂很稳定,可以忽视水和二氧化碳对其的克制造用。

  在蓄热熄灭法的基本上衍生出蓄热催化熄灭法。姚伟卿等采取 Pd/Zr-Mn-O/载体催化剂在流向变换反响器中催化熄灭甲苯,甲苯浓度为 800~3200 mg/m3,去除率大年夜于 96.5 %,并且催化剂的活性要比传统固定床的高 10%阁下。流向变换催熄灭反响器集固定床催化反响器和蓄热换热床于一体,明显进步热收受接收率。将来应开辟出高活性、高稳定性、高机械强度、价格昂贵、疏水性能和抗中毒性能优胜的催化剂,进步其催化活性。

  2、高温等离子体法

  高温等离子体法操作条件平和(常温、常压),处理 VOCs 种类广(除卤代烃外),对低浓度 VOCs(<100 mg/m 3 )处理效力大年夜于90%。然则单一的高温等离子体法产生较多的二次污染产品(如NOx、脂肪烃、HCN、CH3CN 和O3等),并且动力效力和矿化率低。高温等离子体协同催化剂办法能量效力更高,O3浓度大年夜大年夜降低,CO2选择性更高,副产品种类更少和浓度更低 ,因此遭到更大年夜存眷。

  高温等离子体放电的方法罕见的是介质阻挡放电法。研究发明进步催化剂的臭氧分化才能、介电常数和吸附性都有助于降解VOCs。为进步催化剂介电常数,普通应用铁电体催化剂;为进步催化剂的吸附性,可在反响器中填充吸附剂或许将催化剂负载在吸附剂上。

  催化剂外面吸附 VOCs,增长了 VOCs 的逗留时间,加大年夜了 VOCs 分子与活性粒子的碰撞机率,从而进步能量效力、去除率和CO2的选择性。别的,催化剂的吸附性对污染物的降解门路影响很大年夜,催化剂吸附性较弱,则降解过程重要在气相中停止;当吸附剂吸附性较强时,那么 VOCs 先被吸附在催化剂外面熟成中心产品,然后脱附,再与活性粒子反响进一步氧化。

  高温等离子体协同催化剂法管理 VOCs 的凹陷成绩是去除率与能耗之间的抵触。别的,高温等离子体协同催化剂法还会产生一些二次污染物,仅推敲 VOCs 降解率也是缺乏的。为完成高温等离子体协同催化剂法工业应用,在推敲动力效力和副产品的条件下,进步 VOCs 的去除率;研究副产品构成和降解机理,使降解反响更有选择性。

  3、光催化氧化法

  光催化氧化法具有反响条件平和(常温、常压),无选择性地氧化 VOCs,并同时降解多种 VOCs,投资和运转本钱低,设备和操作简单等长处,特别适于处理低浓度 VOCs(<1000 mg/m3)。根据所应用的光源主波长,可分为紫外光催化氧化法和可见光催化氧化法。

  TiO2是最经常使用的光催化剂,广泛应用的紫外光波长为 185nm、254 nm 和 356 nm,个中波长≤200 nm 的紫外光称为真空紫外光。真空紫外光能产生O3,强化光催化氧化降解 VOCs,降解后果比 254 nm 波长的催化降解后果好。臭氧协同光催化氧化降解 VOCs的后果也优于伶仃的臭氧降解。然则真空紫外光催化氧化法的出气O3浓度高,可以推敲应用对O3分化才能较高的物质搀杂 TiO2,降低出气O3浓度。

  以 TiO2为光催化剂的紫外光催化氧化法存在去除率和光能应用率不高等缺乏。是以,经过过程对 TiO2停止改性,使 TiO2拓宽光谱照应范围,并且克制光生空穴和电子复合,进步光能应用率和去除率,改性的办法有搀杂、重金属堆积、敏化和半导体复合等。

  为了克服悬浮态催化剂易聚团掉活的缺点,和进步催化剂分散度和催化性能,催化剂平日负载在比外面积大年夜的材料上,如泡沫金属材料、分子筛、和中空纤维膜等。针对金属氧化物难以固定的成绩,可将 TiO2构造做成纳米微球情势,研究发明多孔纳米 TiO2微球吸附才能高,能强化随后的光催化氧化反响,并发挥协同感化。

  光催化降解法的研究偏向重要集中寻觅更加高效的催化剂,进步VOCs的去除率;寻觅合适载体,完美催化剂固定化办法;深刻展开可见光催化氧化法研究。

  4、生物法

  生物法处理水溶性 VOCs 的污染后果好,反响条件平和,能耗小,无二次污染,投资和运转费用高等长处,在工业上广泛用于处理大年夜风量、低浓度、对生物无毒性的无机废气。

  生物滴滤法(biotrickling filter,BTF)能有效去除中低浓度的VOCs 混淆气体和包含H2S的无机废气,并且在瞬时工况条件下去除多组分含氯VOCs也有高度弹性。在经久运转中,生物滴滤法出现梗塞和运转性能好转景象,重要宏不雅缘由是生物量的过量积累、非均匀性分布及生物膜活性降低。

  研究发明通入微量臭氧明显强化微生物的代谢活性,控制微生物发展量,减缓填料床层孔隙率减小,使生物量沿BTF径向分布相对均匀,克制填料层梗塞,延长了BTF的运转周期,进步污染物的去除负荷和矿化率。

  相关于浅显的生物滴滤池,用外面活性剂和金属离子强化后的生物滴滤池罕有出现过量的生物积累,这或将为处理高浓度疏水性 VOCs 供给新的处理办法。

  膜生物反响器可以克服传统生物法(生物洗濯、生物过滤和生物滴滤法)传质速度低、逗留时间长和反响器体积大年夜等成绩,合适处理低浓度、持续态或许瞬时态的VOCs混淆气。膜材料决定了膜生物反响器去除高度疏水性VOCs的性能,近年来研究的膜材料主如果疏水性聚合物中空纤维膜,如 PDMS膜、聚乙烯膜和聚砜膜等。

  值得留意的是,膜生物反响器应用于处理多组分 VOCs气体时,存在一种气体克制另外一种气体降解的景象,类似于生物滴滤池。是以,在应用膜生物反响器降解VOCs混淆气体时,须要慎重推敲气体混淆类型及气体之间的相互感化。

  两相分派生物反响器耦合了吸赞成生物降解功能,比传统生物法具有传质速度高、可以降解疏水性 VOCs 和吸附部分 VOCs以降低它们对微生物的生物毒性等长处 ,表示出较好的生长前景。

  传统生物法取得广泛的研究及应用,然则存在传质速度低、逗留时间长和反响器体积大年夜等成绩。膜生物反响器和两相生物反响器可以克服上述成绩,然则降解后果有待进一步进步,两相分派生物反响器生长的关键还在于找到安然、高效的非水相。

  5、结语

  随着新大年夜气法的出台,VOCs排污收费和公众对情况空气质量的高度存眷,VOCs管理范畴面对着巨大年夜的生长机会。熄灭法、高温等离子体法、光催化氧化法和生物法是工业源中比较罕见的 VOCs管理技巧,但是单一的处理技巧的降解后果还不尽人意,还须要持续深刻研究。

  实际应用中广泛应用两种或以上技巧的组合,以弥补单一技巧的缺乏。是以,在选用管理法的时辰,应先根据无机废气的物种特点、出口浓度、风量和温湿度等条件,结合每种处理办法的实用范围、去除后果、初次投资和运营本钱等,终究肯定处理办法。

 
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