光催化氧化法处理塑料加工挥发性有机废气的技术分析

孙靖茹

摘 要：随着我国经济的持续快速发展，塑料加工业已经成为国民经济中最具竞争力和活力的行业之一，但是值得注意的是，多数企业在挥发性有机废气治理方面资金投入不足，使得挥发性有机废气未被处理或未达标就直接排放。本文重点介绍了塑料加工行业挥发性有机废气的产生环节、特点以及几种常见的有机废气治理技术，并针对光催化氧化法在挥发性有机废气治理中应用前景进行分析。

关键词：催化氧化法;塑料废气;处理;应用

0 前言

塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力下塑制成一定形状并在常温下保持形状不变的材料，具有成本低、可塑性强等优点，在日常生活中应用广泛，对推动国民经济的发展起到重大作用。但是在塑料加工业的快速发展过程中，人们对环境问题日益关注。塑料加工企业在生产过程中会产生非甲烷总烃、苯乙烯、乙酸乙酯等挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，英文缩写VOCs），VOCs不仅本身具有较强毒性，同时也是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前体物，对人体健康及生态环境具有重大影响。因此，当前大气污染防治工作的重点是采取有效治理技术处理挥发性有机化合物。

1 塑料加工挥发性有机废气特征

塑料加工行业的生产工艺有很多，常见的有注塑、吹塑、挤塑、吸塑、模压成型、压延成型、发泡成型等，工艺流程一般为预处理（投料、裁切、切边）、熔融、水冷、切粒和包装。在加热熔融过程中会产生恶臭和VOCs，根据加工工艺和原材料的不同，产生的废气成分有所差异，常见的塑料加工VOCs主要成分包括非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯、邻-二甲苯、间对-二甲苯、苯乙烯、正十一烷、丙酮、丁酮等，这些有机废气虽然产生浓度总体较低，但是具有难溶于水、易溶于有机溶剂、毒性大、危害性强、不易处理等特点。

2 VOCs常用治理标准、指南及治理技术

2.1 治理标准、指南

2.1.1 相关国家标准

《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）

《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）

《合成树脂工业污染物排放标准》（GB31572-2015）

《涂料、油墨及膠粘剂工业大气污染物排放标准》（GB37824-2019）

《饮食业油烟排放标准》（GB18483-2001）

《制药工业大气污染物排放标准》（GB37823-2019）

《恶臭污染物排放标准》（GB14554-2008）

《加油站大气污染物排放标准》（GB20952-2007）

2.1.2 常见地方标准

天津市《工业企业挥发性有机物排放控制标准》（DB12/524-2014）

江苏省《化学工业挥发性有机物排放标准》（DB32/ 3151-2016）

2.1.3 相关治理指南

《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气〔2019〕53号）

《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南（试行）》

《江苏省重点行业挥发性有机物污染控制指南》（苏环办〔2014〕128号）

2.2 常见治理技术

2.2.1 低温等离子技术

主要依靠电场作用施加发电厂的高频放电点，在极短时间内利用等离子体所产生的高能冲击并打开有机废气分子的化学键，实现了气体的分解并将分子分解成单个原子或无害分子。它可以通过分解等离子体的正负电子激发粒子以及高能电子和强氧化自由基来氧化有机废气分子，破坏其原有的构造而改变其性状，以达到降解污染物的目的。

2.2.2 变压吸附技术

主要利用不同吸附剂对气体成分的不同吸附特性，压力变化影响吸附量，并利用压力对有机废物进行气体分离和净化。由于可以使压力波动循环，因此可以在低分压的条件下通过强力吸附使组分脱附，不仅可以净化有机气体，还可以再生吸附剂。变压吸附技术中使用的吸附剂主要有活性氧化铝、活性炭和硅胶。

2.2.3 纳米二氧化钛催化技术

近年来，纳米技术取得了长足的进步，已广泛应用于各个领域，并且还参与了工业有机废气的处理。纳米技术的应用使工业有机废气高效转化为无机小分子。同时，它可以分解更复杂的有机废气，例如多氯联苯和多环芳烃。此外，纳米二氧化碳技术使用化学方法实现有机物质的氧化降解，可以将它们完全氧化为CO2和H2O，整个过程安全无毒的且非常易于操作。

2.2.4 燃烧技术

主要为直接燃烧和催化燃烧两种技术。直接燃烧是指VOCs中的可燃分直接参与燃烧，通过高温将VOCs氧化分解成CO2、H2O和N2等无害物质。催化燃烧指选择合适的催化剂使VOCs在加热催化过程中加快化学反应，转变成CO2和H2O的过程。

2.2.5 光催化氧化技术

目前常见的光催化氧化技术是UV光氧催化，即利用特定波长的紫外光线照射催化剂，将VOCs氧化分解成CO2和H2O等低分子化合物的一种技术。

3 塑料加工VOCs光催化氧化法原理及优点

3.1 光催化氧化法原理

光催化氧化法是一种新型的VOCs处理技术，也是一种特殊的光催化的氧化反应。一般利用半导体作为催化剂，通过特定波长的光（比如紫外光线）对半导体照射，使半导体中的电子转化成光电子，进而形成电荷--电子的空穴对，产生高活性的自由基，并在空气中的CO2和H2O水等物质的促进下，与吸附在催化剂表面的VOCs发生反应，加速分解VOCs，使其转化成的CO2、H2O等低分子化合物。

3.2 催化剂选择

光催化剂在整个光催化的反应过程中是重要的环节。光催化剂的活性对于整个反应的速度和效果起到了直接的作用。通常，我们会选取TiO2作为光催化剂，因其具有稳定的物理化学性质、催化效率块、无毒无害、成本低等优点，在反应过程中，分解产生各种有机化合物，不会因为温度或者压力的变化而造成操作的影响。

4 塑料加工VOCs污染防治对策

4.1 提高废气收集效率

塑料企业使用的原材料在正常存储期间不会产生或排放VOCs，加热熔融过程中产生的VOCs主要由集气罩收集，有部分企业要么排气收集罩太高，要么气体收集范围太小而无法用于制造或操作，这就导致VOCs由于收集不完全逸出，主要集中在投料口、观察口和挤出口。企业应尽量设立密闭作业空间，合理设置集气罩高度，提高收集效率，减少废气无组织排放，保证废气收集率不低于90%。

4.2 控制熔融温度

为防止塑料熔融过程分解，在熔融过程中应监控加热温度，防止温度过高。相关研究表明，含氯塑料在185℃以下造粒时不会释放出含氯气体，因此有些企业使用含氯塑料，比如PVC（聚氯乙烯）作为原料则需要选用低温热熔工艺，以控制含氯气体的产生量并防止二恶英产生。

4.3 提高废气处理效率

可从末端治理方面入手，提高废气处理效率，综合考虑VOCs流量、浓度、去除效率等参数，根据这些参数选择处理效率不低于90%的技术，并定期对处理设施进行维护和保养，确保处理设施的正常运行。

5 结语

本文结合塑料加工行业产生的挥发性有机废气的特点，以及塑料加工行业挥发性有机废气常见的几种治理技术，分析了利用光催化氧化法在处理塑料加工行业低浓度挥发性有机物时具有易操作、易安装、安全性高、成本低以及处理效率高等显著优势，与当前我国可持续发展理念、生态环境保护理相符，并具有良好的社会经济效益，值得我们深入推广应用。

参考文献：

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[2]贾志红，樊薛伟.治理工业废气污染技术的有效应用分析[J].科技与企业.2019（08）：54.

[3]郭桂悦，周玉莹.挥发性有机废气治理技术的现状与进展[J].化工进展.2019（10）：18.