在有機(jī)揮發(fā)性廢氣處理上，光催化氧化法能耗小，效益高，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，是一種處理有機(jī)揮發(fā)性廢氣的較為優(yōu)異的方法。
1 有機(jī)揮發(fā)性廢氣處理及其特征
有機(jī)揮發(fā)性廢氣處理是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有機(jī)揮發(fā)性氣體進(jìn)行的過濾、吸附、凈化等處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒、無害無機(jī)小分子的過程。目前，在化工工業(yè)上，有機(jī)揮發(fā)性廢氣主要有甲醛、苯系物、甲醛丁醛、乙酸乙酯、糠醛、苯乙烯、油霧、漆霧、天那水、丙烯酸、樹脂等。有機(jī)揮發(fā)性廢氣通常具有有毒有害、易燃易爆、易溶于有機(jī)溶劑、難溶于水、處理難度較大等特征。
2 光催化氧化法
光催化氧化法是一種新型處理有機(jī)揮發(fā)性廢氣的方法，該方法主要通過 UV 紫外光對(duì)光催化劑進(jìn)行照射，使之產(chǎn)生高能電荷-電子空穴對(duì)，并在空氣中的水、氧等物質(zhì)的參與下，使附著于催化劑表面的有機(jī)揮發(fā)性氣體轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸肌⑺约捌渌麩o機(jī)小分子物質(zhì)的過程。具體反應(yīng)過程如下（以 TiO2 為例）
1 ：
Hv+ TiO2 →h + +e - O 2ads +T i 3+ →O 2ads - +T i 4+
OH - +h + →OH O 2ads →2O ads
T i 4+ +e - →T i 3+ O 2ads +T i 3+ →O ads - +T i 4+
在紫外光的作用下，TiO2 能夠?qū)⑼轭?、烯類、醇類、酮類、醛類、鹵代烯烴、芳香烴以及惡臭物質(zhì)等有機(jī)氣相物質(zhì)氧化，其光利用率高，反應(yīng)速度快。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于三氯乙烯，TiO2的氣相光催化氧化量子效率約為其液相光催化氧化量子效率的50-80 倍。
3 有機(jī)揮發(fā)性廢氣處理中光催化氧化法的應(yīng)用
3.1 有機(jī)揮發(fā)性廢氣的凈化
有機(jī)揮發(fā)性廢氣中存在的酸性氣體不但影響光催化氧化效率，同時(shí)還會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，為此必須對(duì)有機(jī)揮發(fā)性廢氣進(jìn)行預(yù)處理，將酸性氣體除掉后在輸入到凈化設(shè)備中。由于酸性氣體多易溶于水，為此預(yù)處理工藝以水洗裝置進(jìn)行。其具體工藝為：
廢氣收集→水洗裝置→光解-催化有機(jī)廢氣凈化設(shè)備→達(dá)標(biāo)排放。
3.2 有機(jī)揮發(fā)性廢氣的光催化氧化
在光解催化凈化設(shè)備中對(duì)有機(jī)揮發(fā)性廢氣主要進(jìn)行光解與催化氧化。光解主要是通過高能 UV 紫外線對(duì)空氣中的氧氣產(chǎn)生分解作用，促進(jìn)氧分子分解成為游離態(tài)的氧，由于游離態(tài)氧上的正負(fù)電子處于不平衡狀態(tài)，因此游離態(tài)氧極易與氧分子結(jié)合生成臭氧（O3），其過程為：
O 2 +UV→O（游離態(tài)）+O - O2 +O（游離態(tài)）→O3
而臭氧的強(qiáng)氧化作用能夠促進(jìn)有機(jī)揮發(fā)性廢氣的分解。在 UV高效設(shè)備內(nèi)安裝著紫外線放電管，紫外線放電管產(chǎn)生的光子能量可以高達(dá) 647KJ/mol、742KJ/mol，如此高的光子能能夠迅速裂解小于該能量的有機(jī)揮發(fā)性廢氣的分子鍵，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)小分子物質(zhì)。常見分子鍵結(jié)合能量如表 1。
表 1 常見分子鍵結(jié)合能量表
分子鍵 結(jié)合能（KJ/mol） 分子鍵 結(jié)合能（KJ/mol）
H-C 348 C-O 326
H-H 436 C=C 611
C-H 414 C=O 728
例如，在高能紫外線作用下，分子鍵結(jié)合能為 150KJ/mol 的苯分子中的苯環(huán)很容易就被打開，形成離子狀態(tài)的 H-H + 與 C-C + ，H-H +與 C-C + 非常容易被 O3 氧化，最終生成 H2O 與 CO2 。其他分子鍵結(jié)合能較低的有機(jī)揮發(fā)性廢氣在同樣的機(jī)制下均能夠被分解氧化。其具體分子間鍵結(jié)合能及生成物如表 2。
表 2 有機(jī)揮發(fā)性廢氣分子間鍵結(jié)合能及生成物表
化學(xué)物質(zhì) 分子鍵 結(jié)合能 最終產(chǎn)物
苯 C-H、C=C 414、611
二 C-H、C=C、C-C 414、611、332
C-H、C=C、C-C 414、611、332
甲醇 C-O、H-O、C-H、 326、464、414
乙酸乙酯 C-O、C=O、C-H、C-C 326、728、414、332 H2O、CO2
苯乙烯 C-H、C=C、C-C 414、611、332
乙醇 C-H、C-C、C-O 414、464、326
丙烯醛 C-H、C=C、C-O 414、611、326
乙醛 C-H、C=C、C-O 414、611、326
在光解催化凈化設(shè)備中添加納米級(jí)別的活性材料，將活性材料給予紫外線照射，活性材料能夠吸收大量的光能，于表面發(fā)生激勵(lì)進(jìn)而生成 h + （空穴）與 e- （電子），而空穴與電子所具有的氧化還原能力，可與氧、水發(fā)生反應(yīng)，迅速生成具有極強(qiáng)氧化能力的·OH（羥基自由基）與·O 2- （超級(jí)陰氧離子）。·OH 氧化電位相當(dāng)高，可以氧化有機(jī)揮發(fā)性廢氣中的電子，促進(jìn)無光吸收能力物質(zhì)的氧化分解。研究發(fā)現(xiàn)，在紫外光的能量以及納米活性催化氧化作用下，有機(jī)揮發(fā)性廢氣在短短 2-3 秒的時(shí)間內(nèi)就能夠被充分分解。
4 結(jié)束語
總之，作為一種解決污染的新型方法，光催化氧化法不但能夠去除活性炭難以吸附的有機(jī)揮發(fā)性廢氣，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害的有機(jī)小分子物質(zhì)，而且不需更換其他吸附劑。將光催化氧化法應(yīng)用于對(duì)有機(jī)揮發(fā)性廢氣，對(duì)于保護(hù)自然環(huán)境，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
