有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用研究
王经理  153-2653-6563   0311-68123478在有机挥发性废气处理上，光催化氧化法能耗小，效益高，且不会产生二次污染，是一种处理有机挥发性废气的较为优异的方法。
1 有机挥发性废气处理及其特征
有机挥发性废气处理是针对工业生产中产生的有机挥发性气体进行的过滤、吸附、净化等处理，使其转变为无毒、无害无机小分子的过程。目前，在化工工业上，有机挥发性废气主要有甲醛、苯系物、甲醛丁醛、乙酸乙酯、糠醛、苯乙烯、油雾、漆雾、天那水、丙烯酸、树脂等。有机挥发性废气通常具有有毒有害、易燃易爆、易溶于有机溶剂、难溶于水、处理难度较大等特征。
2 光催化氧化法
光催化氧化法是一种新型处理有机挥发性废气的方法，该方法主要通过 uv 紫外光对光催化剂进行照射，使之产生高能电荷-电子空穴对，并在空气中的水、氧等物质的参与下，使附着于催化剂表面的有机挥发性气体转变为二氧化碳、水以及其他无机小分子物质的过程。具体反应过程如下（以 tio2 为例）
1 ：
hv+ tio2 →h + +e -       o 2ads +t i 3+ →o 2ads - +t i 4+
oh - +h + →oh           o 2ads →2o ads
t i 4+ +e - →t i 3+         o 2ads +t i 3+ →o ads - +t i 4+
在紫外光的作用下，tio2 能够将烷类、烯类、醇类、酮类、醛类、卤代烯烃、芳香烃以及恶臭物质等有机气相物质氧化，其光利用率高，反应速度快。研究发现对于三氯乙烯，tio2的气相光催化氧化量子效率约为其液相光催化氧化量子效率的50-80 倍。
3 有机挥发性废气处理中光催化氧化法的应用
3.1 有机挥发性废气的净化
有机挥发性废气中存在的酸性气体不但影响光催化氧化效率，同时还会影响设备的使用寿命，为此必须对有机挥发性废气进行预处理，将酸性气体除掉后在输入到净化设备中。由于酸性气体多易溶于水，为此预处理工艺以水洗装置进行。其具体工艺为：
废气收集→水洗装置→光解-催化有机废气净化设备→达标排放。
3.2 有机挥发性废气的光催化氧化
在光解催化净化设备中对有机挥发性废气主要进行光解与催化氧化。光解主要是通过高能 uv 紫外线对空气中的氧气产生分解作用，促进氧分子分解成为游离态的氧，由于游离态氧上的正负电子处于不平衡状态，因此游离态氧极易与氧分子结合生成臭氧（o3），其过程为：
o 2 +uv→o（游离态）+o -      o2 +o（游离态）→o3
而臭氧的强氧化作用能够促进有机挥发性废气的分解。在 uv高效设备内安装着紫外线放电管，紫外线放电管产生的光子能量可以高达 647kj/mol、742kj/mol，如此高的光子能能够迅速裂解小于该能量的有机挥发性废气的分子键，使其转变为无机小分子物质。常见分子键结合能量如表 1。
表 1 常见分子键结合能量表
分子键   结合能（kj/mol）   分子键   结合能（kj/mol）
h-c          348             c-o        326
h-h          436             c=c        611
c-h          414             c=o        728
例如，在高能紫外线作用下，分子键结合能为 150kj/mol 的苯分子中的苯环很容易就被打开，形成离子状态的 h-h + 与 c-c + ，h-h +与 c-c + 非常容易被 o3 氧化，最终生成 h2o 与 co2 。其他分子键结合能较低的有机挥发性废气在同样的机制下均能够被分解氧化。其具体分子间键结合能及生成物如表 2。
表 2 有机挥发性废气分子间键结合能及生成物表
化学物质            分子键               结合能                 最终产物
苯             c-h、c=c              414、611
二甲苯        c-h、c=c、c-c          414、611、332
甲苯         c-h、c=c、c-c          414、611、332
甲醇         c-o、h-o、c-h、        326、464、414
乙酸乙酯     c-o、c=o、c-h、c-c     326、728、414、332         h2o、co2
苯乙烯        c-h、c=c、c-c          414、611、332
乙醇         c-h、c-c、c-o          414、464、326
丙烯醛        c-h、c=c、c-o          414、611、326
乙醛         c-h、c=c、c-o          414、611、326
在光解催化净化设备中添加纳米级别的活性材料，将活性材料给予紫外线照射，活性材料能够吸收大量的光能，于表面发生激励进而生成 h + （空穴）与 e- （电子），而空穴与电子所具有的氧化还原能力，可与氧、水发生反应，迅速生成具有极强氧化能力的·oh（羟基自由基）与·o 2- （超级阴氧离子）。·oh 氧化电位相当高，可以氧化有机挥发性废气中的电子，促进无光吸收能力物质的氧化分解。研究发现，在紫外光的能量以及纳米活性催化氧化作用下，有机挥发性废气在短短 2-3 秒的时间内就能够被充分分解。
4 结束语
总之，作为一种解决污染的新型方法，光催化氧化法不但能够去除活性炭难以吸附的有机挥发性废气，将其转变为无毒无害的有机小分子物质，而且不需更换其他吸附剂。将光催化氧化法应用于对有机挥发性废气，对于保护自然环境，促进人类可持续发展具有十分重要的现实意义。