等离子体联合技术处理挥发性有机化合物废气的研究进展

等离子体联合技术处理挥发性有机化合物废气的研究进展

石冬瑾蒋培

杭州康利维科环保技有限公司浙江杭州311400

摘要：目前我国明文规定挥发性有机化合物废气必须达到排放的标准，严格控制含VOCs废气的排放以及废气污染物涉及范围广等一系列弊端，因此迫切需要研究开发新的处理技术，此时等离子体联合技术就应运而生，它可以分解污染物，使降解率达到排放标准，提高能源的利用率以及可选择性的对污染物进行多功能作用的实际效果。本文主要论述了等离子体与催化剂、吸附剂等联合技术共同应用于处理挥发性有机化合物，为行业人员提供参考性价值。

关键词：等离子体；挥发性有机化合物；联合技术；废气处理

挥发性有机化合物主要是指在常温情况下，饱和蒸汽压大于七十帕的有机化合物，可以从环境监测的定义来说，他属于非甲烷氢类检出物，但是也包括卤代氢和氧氢。挥发性有机化合物具有多样性特征，分布范围也较广，含有较大的毒性，属于浓度低的气体。美国在上世纪出台了关于《清洁空气法》，其中对较多的有害物质进行了限制，绝大部分是限制挥发性有机化合物，日本也出台了相关法律限制挥发性有机化合物的排放。在我国的污染物排放标准的相关规定中，限制了至少五种挥发性有机化合物的排放。其实研究挥发性有机化合物的限制历史，我国还处于较落后的阶段，但由于近些年我国节能减排理念的普及以及实行可持续发展战略的道路，上到国家层面下到普通群众，都对环境质量的要求不断提高，在挥发性有机化合物的排放标准上也越来越严格，因此，目前的首要任务就是研究新型的挥发性有机化合物的处理技术。

1、等离子体联合技术处理挥发性有机化合物

早在上世纪70年代，利用等离子体联合技术来处理挥发性有机化合物就已经成为比较热门的治理环境污染的技术，这种技术不是靠单一领域来进行处理的，而是集结了生物学、环境科学、化学以及物理学等多个领域的技术。他在处理挥发性有机化合物的技术原理是利用放电时电子脉冲瞬间获取的能量，当这些能量与挥发性有机化合物里面的分子进行接触时，由于这些能量高度相似与化学键能，因此在分子活跃的时候破坏化学键，这样就能改变挥发性有机化合物分子的性状。此外，大气中含有的紫外线将直接降解或者活化挥发性有机化合物分子，使其降解为水和二氧化碳。现阶段的研究处理技术主要方向在于吸附剂与催化剂作用在等离子体上的联合技术。

1.1等离子体-吸附剂联合技术

将吸附剂填充在等离子体放电空间，这样可以在不改变反应器尺寸同时，能够使挥发性有机化合物在反应器内的留存时间加长，这可以在一定程度上提升挥发性有机化合物的降解率，吸附剂的使用还能提升放电能量的实效性。当等离子体在放电时，会瞬间将自由基集中起来，这样能够使得微孔结构表面产生多相降解，能够成为反应活性中心。

使用联合技术去除挥发性有机化合物中的三氯乙烯和甲苯，能够将放电能量利用率提升至12g和27g（单位为kW•h）。传统的电晕放电只能去除40%左右的三氯乙烯，而使用联合技术去除，效果可高达90%。三氯乙烯经降解可转化为氯气，水和二氧化碳，甲苯经降解可转化为水和二氧化碳。

1.2等离子体-催化剂联合技术

这种技术的使用将会改革传统单一的等离子体处理技术或者催化剂处理技术，在前人的研究成果得出，使用等离子体催化剂联合技术时，将催化剂加入电晕反应器中，这样可以有效提升污染物的转化效率。此外，将催化剂加入在等离子体反应阶段，这样能够快速实现丁醋酸的降解，使用这种技术进行降解是单一的等离子技术降解的两倍。

研究发现，臭氧在等离子体反应器中会产生很高的浓度，此时采用二氧化锰催化剂，能够有效促进臭氧中苯的降解。使用联合技术能够显著提高二氯乙稀的降解效率，降解率高达九成以上。

1.3等离子体-铁电性物质联合技术

为了将铁电性颗粒填充到放电区域以达到改变放电形式的目的，铁电线颗粒处于高电压的填充床层上会较容易被极化，这样就会导致其形成强大的电场，瞬间提升电场强度，导致放电现象。一般情况下，提升反应器的能量使用率，主要是依靠铁电性物质，以此产生的贴氧化物能够有效处理挥发性有机化合物。但是其也有较大的弊端，就是田冲床的氧化反应较低，主要表现在铁电性物质填充床，现阶段的技术还达不到提升能量的使用效率，且经常会生成副产物。

研究发现，在降解污染物中的甲苯时，可以利用介质阻挡放电，尤其是以钛酸钡为介质能够提升局部电场强度。此外，降解污染物中的甲苯可以采用交流电晕放电方式，将陶瓷表面附着钛酸钡粉末作为戒指填充与反应器中，需要注意的是要选择管式电晕反应器，用词种方法可以将苯的降解率提升至90%。

1.4联合装置

在处理挥发性有机化合物时，为了提升排放品质，有些专家学者将吸附装置与等离子体反应器出口串联在一起。例如在等离子体放电反应器的处理环节采用二氧化锰催化装置，这样可以将苯的降解率提高六成，如果气流的湿度不断增加，那么就会持续降低苯的降解率。此外，还有研究者提出给放电反应器中填充钛酸钡，使其和活性炭过滤器串联起来，这样可以有效处理挥发性有机化合物中的甲苯以及六氟乙烷。

2、机理研究

根据研究结果发现，要直接去除挥发性有机化合物中的三氯乙烯，会出现二氯乙酰氯副产物。如果交铁电性物质填充与反应器中，如果其实苯的浓度较低，则会将苯分解为一氧化碳和二氧化碳。如果反应器无法降解苯，这就说明苯无法被臭氧直接降解。

此外，如果在氧气充足的条件下，98%以上的芳香化合物将会被转化为一氧化碳和二氧化碳，会出现甲烷和乙炔副产物。在进行二甲苯的降解时，其产生的甲烷是同等条件下降解甲苯的两倍，而且降解甲苯时不会出现甲烷副产物。所以，可以将此种联合技术的反应机理解释为C-CH3键断裂。

等离子体催化剂不仅仅能够催化臭氧，多孔催化剂中含有较多的活性物种，这就导致等离子体在放电期间，不仅产生臭氧物质，还会产生例如氧活性物种，活性氧分子等短期限物质。在处理挥发性有机化合物时，等离子体电晕放电能够加快催化甲烷，并且加强催化剂的实际使用效果，此种反应机理应该为非平衡性机理。

3、结束语

现阶段，使用等离子体联合技术处理挥发性有机化合物是比较有成效的治理技术，这种技术能够提高能量的利用率，可以普遍应用在治理环境污染中，但是等离子体联合技术有一个致命的弊端，在进行处理可能会产生一氧化氮，氯气，臭氧及其他二次污染物，对此现象还没有深入的机理研究成果，目前仅限于实验开发阶段。

在今后的研究中，应当注重研究开发最适宜等离子体反应器的催化剂及其结合方式；尽快推出适宜的催化剂，使其能够处理多元化的气体；研究等离子体在放电时为什么会形成副产物，形成机理内涵是什么，这样可以提供反应的多选择性，在现阶段等离子体处理挥发性有机化合物的基础上，不断创新与开发新型的应用技术，将其推进实用化行列。

参考文献

[1]覃爱苗,罗恢泓,贾力强等.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].环境工程,2016,04(11):95-99.

[2]郎志红.低温等离子技术处理恶臭气体的应用与研究[J].四川水泥,2016,06(28):270.

[3]闫柯乐,尚祖政,姜素霞等.含氯挥发性有机物(Cl-VOCs)废气处理的研究进展[J].现代化工,2016,08(26):46-49.

[4]吴玉丽,肖羽堂,王艳杰.挥发性有毒有害工业有机废气处理技术研究进展[J].世界科技研究与发展,2017,03(30):250-255.

[5]郑水生.低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究进展[J].科技广场,2015,06(22):117-122.