井噴式爆發(fā)的VOCs市場，召喚出了大小不一、參差不齊的治理公司，至于治理技術，也算是重溫了“百家爭鳴、百花齊放”的盛況。在VOCs治理這件事上，南北方還是有一定的默契，一改因粽子、月餅和餃子等吃法差異就吵得不可開交的毛病。毫無疑問，活性炭吸附、光催化氧化與低溫等離子技術絕對妥妥得承包VOCs治理市場份額的前三甲，但光環(huán)籠罩下的陰影更值得注意。

日前，由山西省環(huán)保廳發(fā)布的《山西省工業(yè)涂裝、包裝印刷、醫(yī)藥制造行業(yè)揮發(fā)性有機物控制技術指南》，對低溫等離子與光催化氧化技術提出以下明確要求：
（1）治理設施的風量按照最大廢氣排放量的120%進行設計。低溫等離子體技術或光催化技術單獨使用時，僅適用于處理低濃度有機廢氣或惡臭氣體；治理效率要求更高時，應采用多種技術的組合工藝。對于含油霧、漆霧或顆粒物的廢氣，應配置高效過濾等適宜的預處理工藝。
（2）應首先明確廢氣組分中最大可能的化學鍵鍵能。使用低溫等離子體技術的，需給出處理裝置設計的電壓、頻率、電場強度、穩(wěn)定電離能等參數(shù)，同時出具所用電氣元件的出廠防爆合格證；使用光催化氧化技術的，需給出所用催化劑種類、催化劑負載量等參數(shù)，并出具所用電氣元件的防爆合格證與燈管發(fā)射185nm波段的占比情況檢驗證書。
（3）應盡量延長廢氣在裝置中的反應停留時間，并配備臭氧催化分解單元。
在此，小編更想用自己的理解及部分數(shù)據(jù)來解讀下這兩種技術。
低溫等離子技術
電場激發(fā)出的電子、自由基、激發(fā)態(tài)分子（主要是O3等）等活性物質，是低溫等離子體技術凈化有機廢氣的關鍵。VOCs組分解離的難易程度，一方面取決于電子的能量，另一方面還取決于分子中化學鍵的鍵能。電子在放電過程中獲得的能量主要集中在2~12 eV之間，而VOCs分子分解所需要能量剛好均在這個區(qū)域內。
1、目前，產生低溫等離子體的常用方法是電暈放電和介質阻擋放電。
電暈放電，是在大氣壓或高于大氣壓條件下，使用電極表面曲率半徑很小的電極，如針狀電極或細線狀電極，由于放電空間電場不均勻，使電離過程主要局限于局部電場很高的電極附近，特別是發(fā)生在曲率半徑很小的電極附近或薄層中，并伴隨明顯光亮的放電現(xiàn)象，一般都發(fā)生在高電壓（大于5kv）和較高頻率（20～40kHz）條件下。
介質阻擋放電，是絕緣介質覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間中的一種氣體放電。當在電極上施加足夠高的交流電壓，電極之間的氣體發(fā)生電離，而電極間的介質能起到儲能作用，限制放電電流的自由增長，進而產生大量細絲狀、延時極短的脈沖微放電，均勻穩(wěn)定地充滿整個放電間隙，同時能抑制級間火花或弧光的產生。
采用介質阻擋放電方式的等離子體反應器，一般都采用陶瓷、石英等防腐蝕介質材料，電極與廢氣不直接接觸，從而可以一定程度避免設備腐蝕問題。而電暈放電技術（或針尖放電式）通常是氣體與電極直接接觸的，即使通過的氣體沒有腐蝕性，但等離子體中的活性強氧化物質（如臭氧）也可能腐蝕電極。相對而言，采用介質阻擋放電方式比電暈放電方式（如針尖放電）更安全。
值得注意的是，低溫等離子體技術主要是將有機分子中的化學鍵打斷，但尚未能完全將有機物礦化成CO2和H2O。以某治理項目為例，非甲烷總烴的去除率僅為45%，而惡臭的去除率可達93%。這主要是因為非甲烷總烴經(jīng)過處理后，大分子變成小分子，用色譜法檢測依然表現(xiàn)為非甲烷總烴；而分解過程中產生的部分異味副產物（如臭氧等）亦會對惡臭的去除率有一定影響。
因此，正經(jīng)的低溫等離子體技術供應商，通常還會在等離子反應器前配置預處理系統(tǒng)，有效去除廢氣中的粉塵和水分，并且也會在反應器后再配置后處理系統(tǒng)，延長廢氣與活性物質的反應時間，同時對多余的活性物質（主要是臭氧）進行分解消除。
2、以小編的理解，高壓電源就是低溫等離子技術的核心。電壓和頻率是電源能量輸出的兩個重要參數(shù)。
氣體中出現(xiàn)的自由電子只有從一定強度的電場中獲得能量成為高能電子，然后才能與氣體分子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給該分子，使該氣體分子的外層電子脫離核的束縛，從而產生更多的自由電子和帶正電的離子。
頻率的提高會增加單位時間內局部放電的平均脈沖個數(shù)，放電的重復率增加。但研究結果表明，當電壓一定時，污染物的去除率隨頻率的提高先增加后減小。在實際應用中，應充分考慮電源與等離子體反應器的匹配關系，并充分考慮諧振帶來的影響。
光催化氧化技術
光催化氧化技術，主要利用光敏催化劑在一定量的光照射下激發(fā)產生的電子-空穴對，與吸附在催化劑面積的溶解氧和水分子等發(fā)生作用，進而產生·OH與·O2-等強氧化性自由基，再通過與污染物的羥基加和、取代、電子轉移等方式礦化，最終實現(xiàn)VOCs的降解。說白了，光催化氧化反應所需的能量主要來源光照能量。
1、TiO2具有較高的化學穩(wěn)定性和催化活性，且價廉無毒，所以是目前最常用的光催化劑之一。其常用的晶型結構有2種：銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對更穩(wěn)定，即使在高溫的情況下也難以發(fā)生分解和轉化。并且金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度是3.2eV，也就是說，引發(fā)銳鈦礦型TiO2進行光催化反應所需的光能量需大于3.2eV，金紅石型TiO2僅需大于3.0eV。對于銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發(fā)波長需要小于387.5nm。
2、顧名思義，光催化氧化技術，那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行。
對于光，有兩個參數(shù)：波長與光強。只有吸收了一定波長范圍內的光，TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量，在其表面會產生電子-空穴。研究結果表明，短波長的紫外光，尤其是在185 ~ 254nm，更有利于生成更多的·OH，從而加快光催化反應活性。而表示單位時間內、通過單位橫截面光能大小的光強，直接決定了紫外光所提供的總能量是否足以使周圍的TiO2全部參與到反應中來。所以，光催化過程中要保證反應器內布光均勻且紫外光達到一定強度。
對于催化劑，其活性組分主要是TiO2。其顆粒粒徑越小，尤其是納米級，比表面與反應面就越大，電子-空穴的簡單復合率就小，光催化活性也就高；若在TiO2中摻雜金屬或非金屬粒子，還可拓展其可接受的光照射響應范圍；因為銳鈦礦型具有強吸附氧氣能力，金紅石型具有較高的光利用率，二者的混晶型物質在光催化性能方面的表現(xiàn)要比單一晶型物質要好。其它影響光催化活性的因素還包括，孔隙率、平均孔徑、表面電荷、焙燒溫度、純度等。
水蒸氣也是在光催化反應不可忽視的因素。因為水分子提供了可俘獲空穴的羥基，進而產生自由基·OH，反應中適量的水蒸氣有利于反應的進行，但如果水蒸氣過多，會在TiO2表面產生競爭吸附，反而不利于光催化的進行。
此外，廢氣的初始濃度和在反應器內部的停留時間，也直接影響光催化氧化技術的去除效果。從目前的實驗室數(shù)據(jù)結果看，在各條件優(yōu)化后的情況下，處理濃度10mg/m3的甲醛尚需30min才能達到70%的去除效率。小編就在想，國內的VOCs治理公司應該采用的是“宇宙級黑科技”光催技術，用不到3s的反應時間處理著不知比10mg/m3高多少倍的VOCs廢氣！

（來源：VOCs管理與技術交流驛站）