1、电子束法和脉冲电晕放电法处理 VOC一、电子束法处理 VOC来源：电子束辐照处理挥友性有机化合物研究进展环保技术，2005，中国工程物理研究院环保工程研究中心毛本将等人。通常定义挥发性有机化合物，是指在常压下，沸点低于 260或室温时饱和蒸汽压大于 71Pa 的有机化合物。也有学者把常温下，沸点低于100或 25时饱和蒸汽压大于 133Pa 的有机化合物称为 VOCs。其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳烃（含有一个苯环以上的芳香化合物，产生于工业生产、有机物热解或不完全燃烧，其中有许多被证明具有致癌毒性，是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等 15
2、0 余种化合物。 ）等。大气中的 VOC 主要来源于汽车尾气、食品加工、石油化工的生产过程等；房屋装修中使用的木材、油漆、涂料、地板蜡等是重要的室内VOC 污染源。VOC 可以引起光化学烟雾，还会造成臭氧层的损耗，有些VOC 具有致癌、致畸作用，对人体的危害相当大。美国清洁生产法修正案列举的 189 种有毒有害物质中 70%属 VOC 类。VOC 的治理已经刻不容缓。目前有机气体污染物的净化方法主要有：直接燃烧、催化氧化、冷凝吸附法等以上方法存在控制难度大、能耗高、要求气体纯度高等缺点；现在应用较多的燃烧法适用于成分复杂、高浓度的 VOC 气体，具有效率高、处理彻底等优点，但是对于大规模处理低
3、浓度 VOC，其处理费用就要高很多。因为 900的高温是开始其链反应所必需的温度，虽然在 TiO2 等催化剂的情况下，此温度可以降至 500，但是由于含氯高分子化合物，如聚氯乙烯氯代苯、五氯代苯酚等是潜在的产生二恶英类物质的先驱，VOC 的不完全燃烧能产生比 VOC 更有害的尾气从经济环保的角度来讲焚烧方法对于大规模处理低浓度 VOC 废气也不适合。电子束辐照分解 VOC 是新兴的比较有前途的处理低浓度 VOC 技术。这种方法可以在短时间内分解低温低浓度的 VOC，其主要优点是低能量消耗，只有燃烧方法的 0.2l%，国外一系列的实验研究已经证明电子束处理有机废气可以达到较好的去除效果，显现出良
4、好的技术优势而国内对于这方面的研究还鲜有报道。电子束处理气态 VOC 的实验研究始于上世纪九十年代，主要集中在危害较严重的三大类挥发性有机物：氯代烃，苯系物和多环芳烃类(PAHs)。当含有 VOC 的烟气在电子束的照射下，气体分子将发生电离和激发。H.Matzing 的研究表明，烟气接受电子束的辐照后，有 99%以上的电子能量通常被烟气中的 N2、O 2、水蒸气和 CO2 等主要成分吸收,直接产生或通过电离分解产生主要初级活性自由基 OH、N、H 2O、O 和 H 等。初级活性粒子和次级电子与 VOC 反应，破坏 CH、 C=C 或 CC 等化学键,发生一系列的链式反应。由于自由基 O、OH
5、等具有强氧化能力( 特别是 OH 自由基，它的氧化性更强)，可以使碳氢化合物分解氧化,最终生成 CO2 和H2O。影响电子束法处理 VOC 效率的因素主要括：吸收剂量、VOC 初始浓度、水蒸气浓度(湿度) 等。二、脉冲电晕放电降解气态污染物 VOCs脉冲电晕放电降解气态污染物 v0Cs 的实验研究大连理工大学，刘江江，硕士毕业论文VOCs 种类繁多，年排放量仅次于 SOx、NOx 成为又一重要污染物。大气中的有机污染物 VOCs 多为碳氢化合物，主要来自石油的烃类和人工合成的卤代烃类，其种类繁多、应用面广。烃类污染物主要来源于石油开采、运输、加工。使用过程中向大气排放和自然挥发，如：石油开采业
6、、化工制造业、有机溶剂制造行业、印刷业、涂装业、半导体工业、室内装修业，交通工具的汽车、飞机、轮船等尾气排放等。在室内污染中，木质人造板、涂料、粘合剂和各种塑料制等制品会释放出来的甲醛和各种VOCs 通过呼吸道、皮肤、眼睛等对室内人群的健康产生危害。该论文中指出：近几年发展起来的非热平衡等离子体技术，又可称为低温等离子体，具有工艺简单、能耗低等优点，逐渐显示出良好的技术优势。非热平衡等离子体技术适合对于各类挥发性有机物的治理，放电反应器是唯一能产生等离子体的关键设备，其性能与结构有关，并且决定着有机物的去除效果。在利用非热平衡等离子体技术处理挥发性有机物中，低温等离子体与催化相结合的系统也被广
7、泛关注。非热平衡等离子体降解有机物的反应机理：非热平衡等离子体中包含有大量高能电子、离子、激发态分子和自由基，这些活性粒子的能量高于气体分子的键能，它们和挥发性有机物分子发生频繁的碰撞，使烃分子发生断键解离而形成许多短碳链的自由基碎片。这些自由基碎片之间相互反应，生成了短碳链的小分子烃而发生降解。当反应中有氧存在时，氧分子与烃类断键解离后生成的自由基碎片发生反应，将它们氧化成碳的氧化物而使烃类氧化分解。另外，氧气分子与等离子体中的高能电子碰撞产生激发态的氧分子和原子，这些强氧化性的粒子与烃分子及其解离的自由基碎片发生反应，使挥发性烃氧化分解，从而将挥发性有机物直接分解为无害分子。目前产生非热平
8、衡等离子体的方法主要分为电子束照射法（图 1）和气体放电法，后者可以分为介质阻挡放电法和脉冲电晕放电法。图 1 电子束照射法反应器电子束照射法降解 VOCs 的原理：是利用电子加速器 (电子枪)产生高速的电子束，由于电子束具有较高的能量，在其作用下烟气中的各种物质受到激发以及原子间键的断裂，形成小碎片基团和原子。电场激发的各种活性粒子与有机物分子和小碎片基团发生一系列的自由基反应，最终把有机物降解为 CO2、CO 和 H2O，从而达到治理的目的。电子束照射法具有很好的效果，但是存在缺陷：产生 x 射线，工业应用时必须建有混凝土防辐射工程，装置不能移动;冷却窗用压缩空气冷却，电子线照射产生臭氧，
9、对装置有腐蚀，对周围环境也有害;由于电子束法产生的高能电脉冲电晕放电降解气态污染物 VOCs 的实验研究对于烟气中任何气体分子均可破坏其化学键，使烟气分子电离产生离子，因而烟气中含量最高的氮气和二氧化碳等气体分子将被分解和电离，浪费了能量，造成工艺的能耗过大;采用的电子枪价格昂贵，电子枪及靶窗的寿命短，设备结构复杂。上述原因限制了电子束法的应用。该论文研究的 VOC 处理技术： 脉冲电晕放电降解甲苯和氯苯。流程图如图 2 所示。图 2 脉冲电晕放电降解甲苯和氯苯实验流程图对在处理条件适宜的情况下，甲苯气体的去除率为 43%，对氯苯的去除率为 33%。脉冲电晕放电是气体放电引入非热平衡等离子体的
10、方法之一，它是由电子束法发展而来。由于该法省掉了昂贵的加速器，避免了电子枪寿命短和 x 射线屏蔽等问题。基本原理是脉冲电晕放电降解 v0Cs 的基本原理是用脉冲高压电源来产生非热平衡等离子体，利用几万伏脉冲高压电源放电，可使电子被加速到 520eV，这些活化电子在与气体的碰撞过程中产生大量的自由基(O 3、OH)和活性粒子。由这些活性物质和 VOCs 进行反应，生成无害的 CO2 等气体。Ymamaot 等首先报道了脉冲电晕治理有机废气的实验研究。在脉冲电压 22kV、停留时间在 7.9s 时，二氯甲烷的脱除率在 90%以上。将非热平衡等离子体与催化相结合降解有机物的主要优点包括两方面：一是提高 VOCs 去除效率，另一点是这两方面的有效结合能降低能耗，减少有害副产物的产生。在有催化剂存在的非热平衡等离子体反应中，非热平衡等离子体中的电子的能量、电子密度及功率等物理参数不同程度地受到催化剂的影响；同时，非热平衡等离子体也作用于催化剂，可使催化剂的组成、微观结构及酸碱性等发生变化。因此非热平衡等离子体与催化剂之间存在相互影响，相互作用。在非热平衡等离子体和催化剂结合降解VOCs 的系统中，大部分技术仍处于探索阶段，许多细节需要研究来解决。
