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催化燃烧设备应用和方法跟优缺点分析

2020-11-06 23:42:05

文章摘要:

(一)、光催化技术成为VOCs治理的研究热点 近几年,光催化技术成为VOCs治理的研究热点。催化燃烧技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触,在光照条件下光催化剂产生...

(一)、光催化技术成为VOCs治理的研究热点

近几年,光催化技术成为VOCs治理的研究热点。催化燃烧技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触,在光照条件下光催化剂产生电子空穴对,光致空穴具有很强的氧化性,能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH·,利用OH·强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子物质。

  光催化技术的核心是光催化剂。目前常用的光催化剂分为两类,一类是TiO2基光催化剂,主要是指纯TiO2和改性的TiO2。另一类是非TiO2体系,比如ZnO、CdS和WO3等。其中TiO2基光催化剂运用较广泛,其来源广、化学稳定性和催化活性高,没有毒性。光催化的研究内容涉及光催化剂的制备、光催化作用机理研究、光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究和产品开发等等从基础到应用研究等方面,并取得了大量的研究成果。但光催化技术仍存在许多问题需要解决,先是光催化生过程中,机理不明确,通常会产生有害中间产物,降解不完全可能会形成二次污染问题。其次是VOCs浓度较低时,光催化反应缓慢,效率较低。同时,催化剂本身存在量子效率低(不到4%)、固定困难、催化剂能否均匀负载、催化剂失活等问题,难运用于处理数量大、浓度高的工业废气。因此,目前光催化技术也是处于实验室研究阶段。

 膜分离技术治理VOCs与其他膜分离过程一样,利用膜或人工合成膜的穿透、滤过或其他动力性质不同,将VOCs分子从混合废气中分离出来的技术。

  膜元件是膜分离技术的装置中心。常用的膜元件包括平板膜、中空纤维膜和卷式膜。其中中空纤维膜和平板膜通常用于分离回收VOCs,但其分离回收效率受多种因素的制约。近几年,随着膜材料和膜分离技术的不断发展,技术日趋成熟,现在常用的VOCs膜分离技术有:蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等。

  膜分离技术已经成功运用于许多领域。美国MTR公司结合压缩冷凝和膜分离两种技术开发了一种新型的膜集成分离系统来组合实现分离VOCs。处理后达标的净化气排到大气中;而渗透物流为富集有机物的蒸汽。膜分离技术具有流程简单、能耗小、VOCs回收率高、无二次污染等特点,是一种新型分离技术,适用于较高浓度的VOCs分离与回收,一般要求体积分数在0.1%以上。而膜材料是该技术的关键。膜的材质分为有机膜和无机膜,其中无机膜材料的研究与制备是化工和材料科学热点课题之一,包括Al2O3、TiO2膜等。目前无机膜分离技术工业化运用还需解决一些问题,比如膜材料的稳定性和膜反应器的密闭性等。

(二)、等离子体一一光催化复合净化技术

等离子体一一光催化复合净化技术集成了等离子体净化技术和光催化净化技术的优点,催化燃烧对、氨气、O3、CO、气相苯等有机化合物有较好的净化效果。当前的等离子体一一光催化复合净化技术主要有2种方式,一是将光催化剂直接附着在等离子体发生装置上,如在等离子体发生管的管壁涂覆光催化剂膜,这种方式有光催化剂表面积较低和增加等离子体器件制备难度的缺点;一是以等离子体产生的电磁波作为光催化剂的激发光源,这种方式较大的问题是等离子体产生的可用于激发光催化剂的光的强度较弱,不足以引发大量的光催化降解反应。鉴于此,我国相关学者积极探索新的复合方式,以期提升复合净化技术的效率与使用价值。许太明等人尝试了一种新的复合方式,通过实验对等离子体单元在前、光催化单元在后和气流先流经光催化网再经过等离子体单元两种组合方式进行比对,发现前者净化高于后者,有较显著的协同促进效应,并发现通过改变等离子体发生单元与光催化单元的距离、在两者问放置可负电荷影响的网状物等还可进一步提高反应性能。但该技术无论在还是国内都仍处于试验阶段,有待进一步实质性的研究进展。

(三)、催化燃烧装置有机废气治理

国内有机废气治理主要运用我国自主的催化燃烧装置,该装置目前已成为我国VOCs(挥发性有机化合物)治理的主要技术之一。由于技术简单易行、运行费用低,在浓度低且风量大的有机废气治理中应用普遍,并在此基础上发展了颗粒活性炭吸附浓缩—催化燃烧集成装置和活性碳纤维吸附浓缩—催化燃烧集成装置。在此期间以引进吸收为主,通过技术改进和提高,蓄热燃烧技术(RTO、RCO)也得到了广泛的应用。吸收净化技术目前在一些无机废气的净化方面有所应用,在有机废气净化方面也进行了一些尝试,而生物净化技术在除臭等领域也表现出了良好的应用前景。。