有机气相污染物治理技术解析-PPT精品文档

V.当光子能量高于半导体吸收阀值的光照射半导体时，半 导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带， 从而产生光生空穴和电子；这些光生空穴和电子具有很 强的氧化和还原能力
，可以将吸附到光催化剂表面的污染物彻底降解为无毒 无害的无机小分子化合物，无二次污染问题。
多年来，半导体光催化反应研究主要集中于液-固相 反应，对于气-固相反应则研
早应用于脱臭。近年来随着对有机气相污染物治理技术 研究的不断深入，该法逐步应用于有机气相污染物治理。 与常规治理技术相比，具有设备简单，投资运行费用低， 无二次污染等优点，
但只是在处理低浓度、易生物降解的有机气相污染物时 才具其经济性，即普适性较差。
国外用生物过滤器处理挥发性有机废气的研究开发 已有30多年的历史，我国在这方面的研究则
还处于起步阶段[5].但实际应用报告显示，操作时可能遇 到以下几个主要问题而引起处理效果不好和故障：
（1）废气流量和浓度波动较大时，生物过滤器的 设计负荷与实际负荷
不匹配容易造成废气停留时间不够，处理效果下降； （2）废气中颗粒物在生物过滤器滤床的积累造成
滤床堵塞，阻力增大； （3）滤床湿度控制不当容易使其干燥开裂造成气
有机气相污染物治理技术解析
环境和人类身体健康严重的危害性因而成为人们关注的 焦点[1].有机气相污染物的来源主要有固定源和移动源两 种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以石油产品为燃 料的交通工具的排
放气；固定源的种类极多，主要为石油化工工艺过程和 储存设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合，如喷 漆、印刷、金属除油和脱脂、粘合剂、制药、塑料和橡 胶加工等。就目前的工业
水平而言，无法避免这些气相污染物的排放，因此人们 迫切需要有效治理这些气相污染物的技术。
本文综述了传统有机气相污染物治理技术，展望了 有机气相污染物治理新技术发展方
向，同时重点介绍了气相污染物治理中半导体光催化氧 化技术。
1 有机气相污染物的治理 有机气相污染物治理的方法主要有两类：一类是回
收法，另一类是消除法。回收法主
1.2.2 半导体光
催化技术
在继Fujishima等有关TiO2单晶电极上光解水的报道 [6]之后，1977年Frank等人利用半导体材料对污染物进行 光催化降解取得了突破性的进展[7
-8]，从此半导体多相光催化作为一个崭新的领域得到了 深入而广泛的研究[9]. 具有多相光催化性能的半导体包括 WO3、TiO2、CdS、ZnS、ZnO、Fe2O3、Cd
流短路； （4）pH调节不当，下降幅度大，造成微生物数量
下降，使处理效果降低。 提高生物过滤器所用微生物对有机污染物的生物降
解速率，尤其是针对较难生物降解的物
质培养优异菌种并优化其生存条件，是目前该技术的主 要发展方向。这样做的结果可使生物过滤器的体积大为 减小，与其他空气污染控制技术相比更具竞争力。
体光催化剂处理有机气相污染物方面作进一步深入的研 究工作，同时设计了新型光催化反应器[25]，努力为有机 气相污染物的治理做出应有的贡献。
2 讨论 当前，工厂废
气、汽车尾气、化石燃料燃烧废气、居室装修材料等释 放的有机物以及其他的细菌、真菌等气体污染物正日益 严重地危害地球生态环境和人类的健康。事实上，我国 的空气污染问题已不容忽
除有害污染的目的[2].吸附法适用于几乎所有的气相污染 物，一般是中低浓度的气相污染物；吸附效果取决于吸 附剂性质、气相污染物种类和吸附系统的操作温度、湿 度、压力等因素，
具有去除效率高的优点，从而使其成为去除气相污染物 较为常用的方法，但存在投资后运行费用较高且有产生 二次污染的缺陷。
吸收法是采用低挥发或不挥发溶剂对气相污染物进 行吸
，利用太阳光和室内照明光，通过光催化作用使吸附在 催化剂表面的污染物发生强的氧化分解，从而减轻环境 有害气体污染物。而我国在这方面的研究还有待进一步 的开拓。
本课题组
在纳米TiO2材料以及掺杂改性纳米TiO2材料的制备、表征 以及光催化性能研究方面的工作卓有成效[20-24]，在积
累丰富的半导体光催化处理废水方面的经验之后，正在 半导
等无毒害的无机小分子化合物。基于以上原理，传统上 有机气相污染物污染治理常采用吸附或吸收去除、燃烧 去除等方法，近年来生物氧化、半导体光催化剂技术得 到很快地发展。
1
.1 传统有机气相污染物污染治理技术 1.1.1 吸附或吸收法 吸附法是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、
硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等吸附有害成分而达到 消
剂在室内空气净化上的应用。这将为我国空气污染治理 提供有力的支持，为空气净化提供新型的环保材料和普 适反应器，改变我国在这方面落后于日本等国家的形势， 同时新型改性纳米二氧
化钛光催化材料可
thankyou
特殊材料，大大地降低设备费用和操作费用。事实上催 化燃烧是燃料在接近化学计量情况下进行氧化反应，并 放出大量热。因此催化燃烧要求所用催化剂的首要条件， 必须在高温氧化反应情
况下具有高的活性，此外还需有高的热稳定性、高的机 械强度以及对燃料中所含毒素有高的耐腐蚀性。
1.2 新型有机气相污染物去除技术 1.2.1 生物法 该法最
究得相对较少[12].对于使用TiO2进行有机物的气-固多相 光催化氧化已研究过烷烃[13]、醇[14]、醛[15]、酮[16]、 芳香族化合物[17]、卤化物[18]；
也有NOx、汽车尾气、室内空气、菌[19]等的光催化氧化 研究报道。日本在气固光催化反应应用方面的工作较为 突出，他们将光催化剂固定在建材、路面、瓷片、外墙、 内墙等基体上
物、杀灭有害菌。因此，多相光催化净化空气是具有广 泛应用前景的空气污染治理技术，该技术的核心是高效 半导体光催化剂。本课题组研究着眼于制备光催化净化 技术所需核心材料-光催
化剂，设计普适化的光催化反应器，通过不同改性的方 法以提高光催化剂的吸附能力、光吸收能力、电荷分离 能力，同时尝试不同的方法将光催化剂负载于载体上， 从实际上探讨复合光催化
性的矿物油，如洗油等；按照他的实验表明，水与洗油 的比例、pH值、苯系物种类对吸收效果都有影响，并且 获得了该组合吸收剂的最大吸收容量值[3].但同样存在后 处理过程复杂以
及二次污染的问题。 1.1.2 燃烧法 燃烧法是利用有机气相污染物易燃烧性质进行处理
的一种方法。其中，直接燃烧法，又称火焰燃烧法，它 是把可燃的有机气相污染物当收，再利用源自机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离
的气相污染物控制技术。该法适用于浓度较高、温度较 低和压力较高情况下气相污染物的处理。罗教生选择水洗油作吸收剂来处理含
苯废气，水-洗油吸收剂的吸收机理为：一般有机物是极 性较弱或完全没有极性的化合物，因此难溶或不溶于水， 但可溶于一些有机溶剂；苯系物属非极性物质，因此难 溶于水，易溶于非极
作燃料来燃烧的一种方法。该法适合处理高浓度有机气 相污染物，燃烧温度控制在1100℃以上，去除效率达95% 以上。
催化燃烧是一种类似热氧化的方式来处理有机气相
污染物
的，它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金
属氧化物催化剂来代替火焰，操作温度较热氧化低一半， 通常为250℃~500℃。由于温度降低，允许使用标准材料 来代替昂贵的
视。然而，通常的污染处理方法均具有处理不彻底，成 本高，存在二次污染或普适性差的问题。半导体多相光 催化法所用二氧化钛无毒、廉价易得、耐光腐蚀与化学 腐蚀，光活性较强，因而
受到广泛关注。在适宜的条件下，二氧化钛光催化能无 选择性地将气-固界面中的难以化学氧化分解的三致有机 物彻底矿化为CO2、水和无机酸，且无二次污染，也可以 氧化无机空气污染
要有炭吸附、变压吸附、吸收法、冷凝法及膜分离技术； 一般回收法是通过物理方法，改变温度、压力或采用选 择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机气相 污染物。消除法有直接
燃烧、热氧化、催化燃烧、生物氧化、等离子体法、紫 外光催化氧化法及其集成技术；消除法主要是通过化学 或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有机气相污 染物转变成为CO2和水
Se等[10]，其中的TiO2由于具有抗化学和光腐蚀、性能稳 定、无毒、催化活性高、价廉等优点[11]而最受重视和具 有广阔的应用前景。
半导体的能带结构是不连续的，
充满电子的价带（VB）和空的导带（CB）之间由禁带隔 开。用作各催化剂的半导体大多为金属氧化物和硫化物， 一般具有较大的禁带宽度，其中TiO2在pH为1时的带隙是 3.2e