低温等离子体处理VOCs技术及未来发展

李 雨

（广东环协科技咨询开发中心 广东广州 510045）

引言

随着经济与社会的日益发展，工业生产活动持续繁荣，伴随而来的是大范围的大气环境污染，其中VOCs（挥发性有机化合物）以其存在的广泛性和对人体健康的危害性被广泛关注，并被列为防控重点，VOCs一般产生于石油化工、涂料油墨生产、建筑装修等行业。VOCs浓度过高易引起人体急性中毒，长期暴露在VOCs环境中易引发头晕、恶心、呼吸系统受损等慢性病。同时，由于VOCs的特殊性，控制VOCs一向是环保治理的难点，处理VOCs目前仍未有效果很好的环保技术。

1 挥发性有机物概述

根据世界卫生组织的定义，挥发性有机化合物（VOCs）是指室温下饱和蒸气压超过133.322Pa，沸点在50℃至260℃的易挥发的有机物，由于其较容易挥发，对大气环境和人体健康的影响尤其严重，VOCs种类繁多，常见的包括：苯系物、醛类、醇类、酯类、醚类、烷烃类等。VOCs的控制难点是较难降解，同时无组织排放的情况较多。

低温等离子体技术处理VOCs具有效率高、能耗低、处理量较大、环保设施寿命较长，无二次污染的特点，因此是VOCs治理领域的理想技术，已成为目前较多专家学者的研究热点。

2 低温等离子体技术处理挥发性有机废气

2.1 低温等离子体技术处理挥发性有机废气反应机理

一般认为，等离子体是除了物质的固态、液态和气态以外的第四态，其本质，是在外力的作用下，激发产生的自由基、离子、电子和中性粒子的集合。根据等离子体本身的热力学平衡特征和温度特征，将其分为热力学平衡态和热力学非平衡态，也即高温等离子体和低温等离子体。由于高温等离子体在处理废气污染物时需要消耗的能量较大，且激发污染物没有选择性，实用性较低，因此一般没有应用在VOCs处理领域。相比较而言，低温等离子体对污染物的激发具有选择性，耗能低，其所带的粒子能量较高，是VOCs治理的合适选择，因此被广泛应用和研究。目前低温等离子体主要通过放电产生，如介质阻挡放电、电晕放电等。

低温等离子体技术处理VOCs的机理一般认为是低温等离子体中的带有较高能量的电子、离子、自由基等活性物质与VOCs分子产生非弹性碰撞，再通过一些列的物理化学、氧化还原、激发电离等作用，使有毒有害的VOCs转变为无毒无害的物质，将大分子物质降解为小分子物质，从而达到处理VOCs的效果。

2.2 低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究情况

低温等离子体技术处理挥发性有机废气研究目前主要集中在以下三个方面：一是探讨不同的放电方式对低温等离子体技术处理VOCs的影响；二是对低温等离子体技术处理VOCs中的特定物质的效果比较；三是低温等离子体与催化剂协同处理VOCs研究。翁棣等人采用脉冲混合电晕放电，在载气流量为0.15L/min，空气流量为70L/h的条件下，去除苯的效率可达到80%以上；冯春杨等人采用脉冲电晕放电，处理流量为1620ml/min，浓度为76.8mg/m3的苯，去除率可达到60%以上。有的学者研究表明，在介质阻挡放电产生低温等离子体的作用下，与CoMnOx/ZSM-5催化剂协同处理甲苯，在气体流苏为500mg/min，浓度范围在0至100ppm的条件下，低温等离子体与催化剂协同作用处理甲苯的去除率可达到90%以上；同样是介质阻挡放电产生低温等离子体，与Co-Mn/Al2O3催化剂协同处理甲苯的去除率可达到100%。

2.3 低温等离子体技术处理挥发性有机废气的影响因素

从低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究中可以看出，不同的放电形式，产生的等离子体的组分不同，对VOSs的处理效果存在差异；不同的污染物种类，其对等离子体中的活性粒子的响应程度也不尽相同，因此在处理效果上有高有低；与不同的催化剂协同作用，由于不同催化剂的催化与等离子体的耦合效果不同，其对VOCs的处理能力也不同。由上可知，放电形式、污染物种类和协同处理的催化剂种类均是低温等离子体处理挥发性有机废气的影响因素。当然，除此之外，反应器结构、温度、湿度、气压、进气流量、进气负荷等都会影响低温等离子体处理VOCs的效果，这就要求我们在实验和实际应用中更好地摸清其中的规律和主次要因素。

结语

本文介绍了低温等离子体技术处理挥发性有机废气的基本概念、反应机理和目前的研究现状，探讨了影响处理效率的主要因素。目前来说，低温等离子体技术处理挥发性有机废气目前仍属于较新的环保治理技术，实验研究的多，实际应用的少，之后的研究方向，笔者认为应该着重深入分析低温等离子体处理VOCs的化学机理，并从放电方式、污染物种类、协同处理等角度探讨提高低温等离子体处理VOCs的途径。

[1]翁棣等.脉冲电晕法处理VOCs的研[M].浙江大学，2010.

[2]冯春杨等.脉冲电晕技术处理挥发性有机化合物的应用研究[J].中国工程物理研究院北京研究生部，2003.

[3]宋华，王保伟，许根慧.低温等离子体处理挥发性有机物的研究进展[J].化学工业与工程，2007，24（4）：356-361.