活性炭+光氧化(光催化)组合技术处理VOCs的一些困惑

铂锐催化 2022-06-20 12:15:26

    当前在VOC废气净化处理领域中,经常听到活性炭+光氧化(光催化)组合技术,根据我的化学知识对这一组合技术有很多迷惑,无法理解组合技术的科学性。下面是我的分析,供大家讨论。

一、UV光氧化技术

UV光氧化技术作为消除VOCs和恶臭目前比较流行的技术,特别在处理低浓度VOCs方面有很多应用。实际中应用中,185nm紫外线能解离氧气生成臭氧,也能破坏有机物产生有机物碎片和小分子物质。臭氧具有非常强的氧化性,能进一步与有机物反应,如果有足够的臭氧,最终能将有机物氧化到二氧化碳和水。对于UV光解技术的脱臭,由于恶臭物质一般是含有NS的有机物,而有机物中的C-N键和C-S键的键能较低,很容易和臭氧也很容易被UV光解离,只要破坏了有机物中的C-N键和C-S键,臭味就大大降低或消失,为此UV氧化对于恶臭的消除具有相当不错的效果。还有一种光氧化,光氧化的原理是增加光催化剂,改变反应机理,提高氧化能力。

二、活性炭

活性炭材料具有很大的比表面积,对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭作为一种性能优良的吸附剂,主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定,机械强度高,耐酸、耐碱、耐热,不溶于水与有机溶剂,可以再生使用,已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。

活性炭广泛用于VOCs的吸附净化,但是在吸附过程必须遵守穿透曲线规律。如VOCs1是典型的穿透曲线(来自百度),在VOCs吸附过程中吸附带的移动和穿透点,吸附带的高度(传质区长度)越小吸附剂的利用率越高。最终达到吸附饱和,活性炭失去吸附能力,必须再生。

三、活性炭+光氧化(光催化)组合技术

对于活性炭+光氧化(光催化)组合技术,我认为有如下两种组合,一种是活性炭前端+光氧化后端组合技术,另一种是光氧化前端+活性炭后端组合技术。

1. 活性炭前端+光氧化后端组合技术

    下图是活性炭前端+光氧化后端技术的示意图,挥发性有机废气(VOCs)首先通过活性炭,再通过光氧化。第一种情况:如果活性炭是新鲜的,此时的活性炭吸附能力很强,那么VOCs被活性炭全部吸附,活性炭出口端已经没有VOCs了,这个过程中光氧化的存在完全是多余的,对排出的VOCs是没有影响的,反而反应产生臭氧(O3)的污染。第二种情况:当活性炭吸附越过穿透点,那么活性炭出口端就有VOCs排出,按照穿透曲线随着吸附时间的增加,活性炭出口端VOCs浓度会很快增加,最后活性炭吸附达到饱和,失去吸附VOCs的作用,如果此时光氧化能有效处理VOCs,那么为什么前面要增加活性炭呢?如果光氧化无法有效消除活性炭出口端VOCs,那么这样的组合将不能达到排放标准。因此,无法理解这种活性炭+光氧化(光催化)组合技术的科学性。

2.光氧化前端+活性炭后端组合技术

    下图是光氧化前端+活性炭后端技术的示意图,挥发性有机废气(VOCs)首先通过光氧化,再通过活性炭。第一种情况:如果光氧化的效果非常好,能够达到排放标准,根本不需要在后端加活性炭,后端加活性炭,只能说明光氧化无法有效消除VOCs。但是我认为活性炭对分解前端光氧化产生的臭氧也许有帮助。第二种情况:假如前端光氧化达不到排放标准,那么从光氧化出口排出的VOCs将被后端的活性炭吸附,在活性炭没有达到吸附饱和时,是有效果的。但是,当活性炭吸附饱和了呢?再换活性炭吗?这样就无法达到排放标准了。但是,活性炭的存在也许能帮助前端出来的VOCs和臭氧的反应生成二氧化碳和水,但是我认为作用是相当有限的。因此,同样无法理解这种活性炭+光氧化(光催化)组合技术的科学性。


从以上分析可见,这样的组合在科学上很难说通,但是为什么现在很多企业采用这种组合技术呢?这样的技术在环保市场上流行,环保管理部门不知道吗。也许我的知识有限,没有理解活性炭+光氧化(光催化)组合技术深奥的原理。非常欢迎同行讨论,批评指正。