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UV光解处理VOCs存在的问题及解决方案
      挥发性有机物(VOCs)是形成臭氧和二次气溶胶污染的重要前体物,严重影响着大气质量,影响着动植物生长和人类的健康。某些有毒VOCs废气有致残、致畸、致癌作用,对长期暴露其中的人体造成严重伤害。为此,我国于1997年颁布并实施的《大气污染综合排放标准》,限定33种污染物的排放限值,其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物;与此同时,不同行业的国家标准和地方标准不断制定和颁布,同时颁布《重点行业VOCs污染控制技术指南》、《中华人民共和国大气污染防治法(修订草案)》,特别强调的是在“十三五”期间,严格控制VOCs在重点区域、重点行业推进挥发性有机物排放总量。

UV光解因具有操作简单、应用范围广、运行成本低、设计成本少等特点,已经被众多中小企业应用到VOCs废气治理中。现在把UV光解技术降解原理、存在的问题及改进措施介绍如下。

一、UV光解原理

VU光解是利用紫外灯对VOCs进行近距离照射,破坏化学键,氧化一部分的VOCs为二氧化碳、水和氯化氢;同时将部分的大分子VOCs裂解为小分子化合物,其中小分子化合物大多数均为含C-OCO的小分子化合物。紫外灯是UV光解的核心组成部分,比如采用185nm紫外灯照射VOCs或恶臭气体,能将键能小于647KJ/mol的化合物破坏,同时185nm紫外灯中波长更短的紫外线也可将部分VOCs进行氧化分解。常见化合物分子的键能如下:

1 常见化合物的化学键及键能

化学键

键能(KJ/mol

化学键

键能(KJ/mol

H-H

436

C-H

413

C-C

332

C-F

485

C=C

611

C-N

305

S-H

339

C-O

326

S-S

268

C=O

728

O=O

498

O-H

464

UV光解能去除挥发性有机物(VOCs)、硫化氢、氨气、硫醇类、苯系物等污染物,为此很多企业在大力推广UV光解技术。但不得不说,单一的UV光解技术在使用上有很大的局限性,突破其技术瓶颈真正服务于VOCs治理是亟待解决的问题。

二、UV光解存在的问题

UV光解存在的一个问题是:产生了不完全氧化的副产物,这些副产物可能比原始VOCs有着更大的毒性,比如说三氯乙烯在光解过程中生成碳酰氯。碳酰氯被称为光气,是剧烈窒息性毒气,高浓度吸入可致肺水肿,其毒性比氯气约大10倍。

UV光解存在的另一个问题是:产生了大量的臭氧。为了更好地氧化、分解或破环VOCs,通常会使用过量的紫外灯,紫外线产生的臭氧直接排放到大气中,将会对人体,尤其是对眼睛、呼吸道、肺等有侵蚀和损害作用,也对人类生活的自然环境造成一定的伤害。

三、UV光解降解VOCs的改进措施

1UV光解与光催化联用

UV光解阶段生成部分氧化的副产物很容易在光催化部分氧化,比如UV光解阶段可以将碳氢化合物氧化成醛、酮,而醛和酮比初始的碳氢化合物在光催化阶段具有更好的反应活性;另外,光解阶段产生的副产物在光催化阶段不仅有利于转变成二氧化碳和水,同时也促进最初的工业废气的氧化、分解与破坏。光解阶段产生的副产物进入光催化阶段促进光催化剂的表面反应,比如链反应,也影响催化剂表面的界面反应,能够快速氧化其它污染物。因此,UV光解光催化是一个协同反应过程。

UV光解光催化技术应用在具体工业VOCs废气治理时,有一些关键因素必须加以重视和控制,真正掌握UV光解光催化的核心内涵。

光解阶段影响VOCs转化的关键因素在于温度、停留时间和紫外灯的强度等。通常光解部分的温度控制在20-65之间,太低或太高的温度均不利于光解有效功率和光强的发挥;气体的停留时间在0.1-50s之间,太长的停留时间不利于实用化和工业应用;紫外灯的波长控制在185-375nm之间;提高光解的途径也包括增加臭氧、过氧化氢和水的浓度等,过量有利于光解反应的进行,但从应用的角度应控制适当的过量。

光催化阶段也应考虑光催化反应的影响因素。最重要的是光催化材料本身的性能,这将直接关系到材料的催化活性、使用寿命等。除此之外,紫外灯应选择在185-375nm,气体停留时间在0.01-5s,温度控制在20-65℃、湿度控制在20-80%之间等

2UV光解与臭氧催化剂联用

臭氧催化材料可将光解阶段和光催化阶段紫外线产生的臭氧催化分解成氧气。臭氧具有强氧化性,能将部分有机气体氧化成CO2H2O,但常温下臭氧自分解速率有限,大部分随尾气直接排放至空气中。使用臭氧催化剂可以促进臭氧快速分解,其中间产物具有更强的氧化性,协同臭氧将VOCs分解成CO2H2O

四、总结

单一的UV光解技术不足以治理VOCs而达到国家日趋严格的排放标准,必须联合其它的技术,协同治理VOCs,提高处理效率并且降低二次污染。华钛高科自主开发的光催化板和臭氧催化分解板,结合UV光解技术形成光解光催化联用工艺,很大程度上提高了VOCs的降解效率,突破技术瓶颈,实现了高效处理中低浓度VOCs的技术革新。

 
 
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