光催化氧化法處理塑料加工揮發(fā)性有機(jī)廢氣的技術(shù)分析

1、    光催化氧化法處理塑料加工揮發(fā)性有機(jī)廢氣的技術(shù)分析    孫靖茹摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，塑料加工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中最具競(jìng)爭(zhēng)力和活力的行業(yè)之一，但是值得注意的是，多數(shù)企業(yè)在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理方面資金投入不足，使得揮發(fā)性有機(jī)廢氣未被處理或未達(dá)標(biāo)就直接排放。本文重點(diǎn)介紹了塑料加工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的產(chǎn)生環(huán)節(jié)、特點(diǎn)以及幾種常見(jiàn)的有機(jī)廢氣治理技術(shù)，并針對(duì)光催化氧化法在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中應(yīng)用前景進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：催化氧化法;塑料廢氣;處理;應(yīng)用0 前言塑料是以天然或合成樹(shù)脂為主要成分，加入各種添加劑，在一定溫度和壓力下塑制成一定形狀并在常溫下保

2、持形狀不變的材料，具有成本低、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在日常生活中應(yīng)用廣泛，對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重大作用。但是在塑料加工業(yè)的快速發(fā)展過(guò)程中，人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題日益關(guān)注。塑料加工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生非甲烷總烴、苯乙烯、乙酸乙酯等揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds，英文縮寫vocs），vocs不僅本身具有較強(qiáng)毒性，同時(shí)也是形成細(xì)顆粒物（pm2.5）和臭氧（o3）的重要前體物，對(duì)人體健康及生態(tài)環(huán)境具有重大影響。因此，當(dāng)前大氣污染防治工作的重點(diǎn)是采取有效治理技術(shù)處理?yè)]發(fā)性有機(jī)化合物。1 塑料加工揮發(fā)性有機(jī)廢氣特征塑料加工行業(yè)的生產(chǎn)工藝有很多，常見(jiàn)的有注塑、吹塑、擠塑、吸塑

3、、模壓成型、壓延成型、發(fā)泡成型等，工藝流程一般為預(yù)處理（投料、裁切、切邊）、熔融、水冷、切粒和包裝。在加熱熔融過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生惡臭和vocs，根據(jù)加工工藝和原材料的不同，產(chǎn)生的廢氣成分有所差異，常見(jiàn)的塑料加工vocs主要成分包括非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、間對(duì)-二甲苯、苯乙烯、正十一烷、丙酮、丁酮等，這些有機(jī)廢氣雖然產(chǎn)生濃度總體較低，但是具有難溶于水、易溶于有機(jī)溶劑、毒性大、危害性強(qiáng)、不易處理等特點(diǎn)。2 vocs常用治理標(biāo)準(zhǔn)、指南及治理技術(shù)2.1 治理標(biāo)準(zhǔn)、指南2.1.1 相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（gb16297-1996）揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)（gb37822-20

4、19）合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb31572-2015）涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb37824-2019）飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（gb18483-2001）制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb37823-2019）惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb14554-2008）加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb20952-2007）2.1.2 常見(jiàn)地方標(biāo)準(zhǔn)天津市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)（db12/524-2014）江蘇省化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)（db32/ 3151-2016）2.1.3 相關(guān)治理指南重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案（環(huán)大氣201953號(hào)）大氣揮發(fā)性有機(jī)物源排放清單編制技術(shù)

5、指南（試行）江蘇省重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染控制指南（蘇環(huán)辦2014128號(hào)）2.2 常見(jiàn)治理技術(shù)2.2.1 低溫等離子技術(shù)主要依靠電場(chǎng)作用施加發(fā)電廠的高頻放電點(diǎn)，在極短時(shí)間內(nèi)利用等離子體所產(chǎn)生的高能沖擊并打開(kāi)有機(jī)廢氣分子的化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)了氣體的分解并將分子分解成單個(gè)原子或無(wú)害分子。它可以通過(guò)分解等離子體的正負(fù)電子激發(fā)粒子以及高能電子和強(qiáng)氧化自由基來(lái)氧化有機(jī)廢氣分子，破壞其原有的構(gòu)造而改變其性狀，以達(dá)到降解污染物的目的。2.2.2 變壓吸附技術(shù)主要利用不同吸附劑對(duì)氣體成分的不同吸附特性，壓力變化影響吸附量，并利用壓力對(duì)有機(jī)廢物進(jìn)行氣體分離和凈化。由于可以使壓力波動(dòng)循環(huán)，因此可以在低分壓的條件下通過(guò)

6、強(qiáng)力吸附使組分脫附，不僅可以凈化有機(jī)氣體，還可以再生吸附劑。變壓吸附技術(shù)中使用的吸附劑主要有活性氧化鋁、活性炭和硅膠。2.2.3 納米二氧化鈦催化技術(shù)近年來(lái)，納米技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并且還參與了工業(yè)有機(jī)廢氣的處理。納米技術(shù)的應(yīng)用使工業(yè)有機(jī)廢氣高效轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)小分子。同時(shí)，它可以分解更復(fù)雜的有機(jī)廢氣，例如多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴。此外，納米二氧化碳技術(shù)使用化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)的氧化降解，可以將它們完全氧化為co2和h2o，整個(gè)過(guò)程安全無(wú)毒的且非常易于操作。2.2.4 燃燒技術(shù)主要為直接燃燒和催化燃燒兩種技術(shù)。直接燃燒是指vocs中的可燃分直接參與燃燒，通過(guò)高溫將vocs氧化分解成

7、co2、h2o和n2等無(wú)害物質(zhì)。催化燃燒指選擇合適的催化劑使vocs在加熱催化過(guò)程中加快化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成co2和h2o的過(guò)程。2.2.5 光催化氧化技術(shù)目前常見(jiàn)的光催化氧化技術(shù)是uv光氧催化，即利用特定波長(zhǎng)的紫外光線照射催化劑，將vocs氧化分解成co2和h2o等低分子化合物的一種技術(shù)。3 塑料加工vocs光催化氧化法原理及優(yōu)點(diǎn)3.1 光催化氧化法原理光催化氧化法是一種新型的vocs處理技術(shù)，也是一種特殊的光催化的氧化反應(yīng)。一般利用半導(dǎo)體作為催化劑，通過(guò)特定波長(zhǎng)的光（比如紫外光線）對(duì)半導(dǎo)體照射，使半導(dǎo)體中的電子轉(zhuǎn)化成光電子，進(jìn)而形成電荷-電子的空穴對(duì)，產(chǎn)生高活性的自由基，并在空氣中的co2和h

8、2o水等物質(zhì)的促進(jìn)下，與吸附在催化劑表面的vocs發(fā)生反應(yīng)，加速分解vocs，使其轉(zhuǎn)化成的co2、h2o等低分子化合物。3.2 催化劑選擇光催化劑在整個(gè)光催化的反應(yīng)過(guò)程中是重要的環(huán)節(jié)。光催化劑的活性對(duì)于整個(gè)反應(yīng)的速度和效果起到了直接的作用。通常，我們會(huì)選取tio2作為光催化劑，因其具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)、催化效率塊、無(wú)毒無(wú)害、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在反應(yīng)過(guò)程中，分解產(chǎn)生各種有機(jī)化合物，不會(huì)因?yàn)闇囟然蛘邏毫Φ淖兓斐刹僮鞯挠绊憽? 塑料加工vocs污染防治對(duì)策4.1 提高廢氣收集效率塑料企業(yè)使用的原材料在正常存儲(chǔ)期間不會(huì)產(chǎn)生或排放vocs，加熱熔融過(guò)程中產(chǎn)生的vocs主要由集氣罩收集，有部分企業(yè)要么排

9、氣收集罩太高，要么氣體收集范圍太小而無(wú)法用于制造或操作，這就導(dǎo)致vocs由于收集不完全逸出，主要集中在投料口、觀察口和擠出口。企業(yè)應(yīng)盡量設(shè)立密閉作業(yè)空間，合理設(shè)置集氣罩高度，提高收集效率，減少?gòu)U氣無(wú)組織排放，保證廢氣收集率不低于90%。4.2 控制熔融溫度為防止塑料熔融過(guò)程分解，在熔融過(guò)程中應(yīng)監(jiān)控加熱溫度，防止溫度過(guò)高。相關(guān)研究表明，含氯塑料在185以下造粒時(shí)不會(huì)釋放出含氯氣體，因此有些企業(yè)使用含氯塑料，比如pvc（聚氯乙烯）作為原料則需要選用低溫?zé)崛酃に?，以控制含氯氣體的產(chǎn)生量并防止二惡英產(chǎn)生。4.3 提高廢氣處理效率可從末端治理方面入手，提高廢氣處理效率，綜合考慮vocs流量、濃度、去除效率等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)選擇處理效率不低于90%的技術(shù)，并定期對(duì)處理設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保處理設(shè)施的正常運(yùn)行。5 結(jié)語(yǔ)本文結(jié)合塑料加工行業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣的特點(diǎn)，以及塑料加工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣常見(jiàn)的幾種治理技術(shù)，分析了利用光催化氧化法在處理塑料加工行業(yè)低濃度揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)具有易操作、易安裝、安全性高、成本低以及處理效率高等顯著優(yōu)勢(shì)，與當(dāng)前我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念、生態(tài)環(huán)境保護(hù)理相符，并具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，值得我們深入推廣應(yīng)用