VOCs挥发（通用6篇）
VOCs挥发 篇1
0 引言
相比于二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等大气污染物, VOCs的治理基础还十分薄弱, 但控制VOCs的排放有助于降低臭氧浓度和减少灰霾天数。因此, 对大气中VOCs的治理势在必行。
1 VOCs的概述
1.1 VOCs的定义
挥发性有机化合物 (volatile organic compounds, VOCs) , 在国际范围内并没有统一的定义。世界卫生组织 (WHO) 对总挥发性有机化合物 (TVOCs) 的定义为:熔点低于室温而沸点在50~260℃之间的挥发性有机化合物的总称。美国国家环保署 (EPA) 对VOCs的最新定义为除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、金属碳化物及碳酸盐外, 任何一种参加大气光化学反应的含碳化合物。欧盟官方将VOCs (2004/42/CE) 定义为在标准大气压 (即101.3 k Pa) 下初始沸点不高于250℃的有机化合物。在我国, VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物, 或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物[1]。
按有机物的化学结构, VOCs可分为烷烃 (直链烷烃和环烷烃) 、烯烃、炔烃、苯系物、醇类、醛类、醚类、酮类、酸类、酯类、卤代烃及其他, 共12类。
1.2 VOCs的来源与排放特点
VOCs的来源分为自然源和人为源两种。自然源主要来自植物生态功能性排放, 基本属于不可控源。而人为源主要来自人类生产生活中的不完全燃烧过程和涉及有机产品的挥发散逸过程[2,3]。根据人为源VOCs的产生途径不同, 人为源VOCs可进一步分为流动源和固定源。其中, 流动源主要来自于机动车尾气排放, 具有无组织性, 其主要污染物为乙醇和丙烷, 尾气中含氧有机物和烯烃是VOCs的主要组成成分。固定源主要来自石油化工、材料合成、油墨印刷等各类工业制造过程以及秸秆焚烧、室内装修材料挥发等过程。
相比于自然源VOCs的排放量, 人为源VOCs的排放量较低, 不足自然源排放量的十分之一, 但是由于人为源排放高度集中在城市或人口密集区域, 这使得人为源VOCs更具有危害性。
1.3 VOCs的危害
随着我国工业的不断发展, VOCs已经成为影响区域空气质量的重要污染物, 造成光化学烟雾、O3浓度升高、灰霾、臭氧层空洞等一系列环境问题。除此之外, 多数VOCs具有毒性和恶臭气味, 当达到一定浓度, 可使人感到头痛、呕吐, 严重时会抽搐、昏迷, 并可能造成记忆力衰退, 伤害人的肾脏和神经系统, 甚至个别VOCs物质还具有致癌作用[3,4]。
2 VOCs的监测和治理技术
目前, 国内外常规的VOCs监测分析方法主要有气相色谱技术 (GC) 、气相色谱-质谱联用分析技术 (GC-MS) 、高效液相色谱分析技术 (HPLC) 、傅里叶变换红外光谱技术 (FTIR) 、调谐二极管激光吸收光谱技术 (TDLAS) 、荧光光谱技术、反干涉光谱技术、离子色谱技术等, 其中, TDLAS技术因其适应性强、灵敏度高等特点, 在气体污染物监测领域的应用越来越广泛[5,6]。
根据VOCs的来源, VOCs治理技术主要分为两类, 一类是以改进工艺、控制泄漏为主的预防性措施, 而另一类则是以回收利用、燃烧氧化为主的控制性措施。针对目前VOCs污染问题, 应坚持“预防为主, 防治结合”的原则, 以环保产品代替易挥发性有机溶剂, 改进工艺技术, 及时更新设备等方法, 从根源上减少VOCs的排放, 是控制VOCs的最佳选择。但针对无法避免的VOCs来源, 应坚持实施以末端处理技术为主的控制性措施。
2.1 回收技术
对于高浓度、具有回收价值的VOCs, 可以采用吸收、冷凝、膜分离等技术加以回收循环利用。
2.1.1 溶剂吸收技术
对于VOCs浓度较高、温度较低、压力较高的工艺环境, 可以采用低挥发或者不挥发性溶剂对VOCs进行吸收, 再利用VOCs与吸收剂物理性质的差异进行分离, 这要求吸收剂对被去除的VOCs具有较大的溶解性, 且吸收剂的蒸气压足够低, 以便在较高温度或者较低压力下, 实现吸收VOCs的回收利用。该技术工艺相对简单, 但是对设备要求较高, 且容易产生二次污染。
2.1.2 冷凝回收技术
在不同的温度和压力下, VOCs具有不同的饱和蒸气压。采用降低系统温度、提高系统压力的方法, 对气体VOCs进行冷凝, 最终达到与其他气体分离的目的。对低浓度有机气体, 该法运行成本较高, 不适合单独处理, 常作为其他方法净化气体的前处理, 以降低后续处理的有机负荷。
2.1.3 膜分离回收技术
膜分离回收技术是利用VOCs与其他气态对天然膜或人工膜穿透性质不同, 从而使VOCs从混合气体中分离。该法适用于高浓度VOCs处理, 并适合与其他技术配合使用。膜分离回收技术回收效率较高、无二次污染, 但是运行成本较为昂贵。
2.2 固体吸附技术
固体吸附技术是利用多孔性固体表面存在的未平衡的分子吸收力或化学键作用力, 将混合气体中的VOCs组分吸附在固体表面, 从而达到分离的目的。吸附技术去除率非常高, 且不存在二次污染, 操作简便, 但由于吸附容量有限, 所以固体吸附技术仅适用于低浓度有机废气的净化。
2.3 燃烧氧化技术
燃烧氧化技术是指用燃烧方法将有机气态污染物氧化生成CO2、H2O等无害物质。该方法适用于净化可燃或高温情况下可以热分解的VOCs气体。目前, 在实际中使用的燃烧净化方法主要有直接燃烧技术、催化燃烧技术等。
2.3.1 直接燃烧技术
直接燃烧技术是把废气中的可燃有害组分当作燃料直接燃烧, 也称直接火焰燃烧。直接燃烧技术的处理温度一般在1 100℃左右, 燃烧的最终产物为CO2、H2O、N2。该方法只适用于净化含可燃有害组分浓度较高的废气, 效率不高, 易造成燃料气的浪费。
2.3.2 催化燃烧技术
催化燃烧技术是指在较低温度下, 利用催化剂将气体中的苯类、醛类、醇类等可燃性组分催化氧化成H2O、CO2等无毒无害的气体, 是一种常见的VOCs处理技术。催化燃烧技术对可燃性组分浓度要求较低, 并且催化氧化过程中不存在明火, 安全性能较高。催化燃烧技术的核心是催化剂, 而催化剂的好坏决定去除效率的高低。在实际应用中, 烟气中其他物质易造成催化剂的中毒, 导致催化剂的失活, 因此对于催化燃烧技术, 开发一种活性高、抗中毒、价格低廉的催化剂是研究者亟需解决的问题。之前的研究结果表明:改性蒙脱石在350~450℃区间具有优异的甲苯去除效果[9], 见图1。
2.4 光催化氧化技术
光催化氧化技术是指催化剂利用其本身的光催化特性将吸附在其表面的VOCs氧化生成CO2、H2O和无机小分子物质。光催化氧化反应速率快, 无二次污染, 具有较强的实际应用前景。因此, 该技术已成为VOCs处理领域的研究热点。目前常见的催化剂有Ti O2、Zn O、WO3等。然而由于光催化剂稳定性较差, 且只能处理低浓度的VOCs, 目前该技术还未能投入到实际工业化的应用中, 仅处于实验室的研究阶段。
2.5 生物处理技术
VOCs生物处理技术原理与废水生物处理技术原理相类似, 即利用废气中的污染物底物作为能源供应, 维持微生物的活动, 控制适宜微生物生长的各类环境条件, 培养并驯化出特定的微生物群落, 将废气中污染物彻底转化为CO2、H2O等无机物, 从而达到净化的目的。相对于传统的有机废气处理技术, 生物处理技术具有效果好、成本低、安全性高、无二次污染等多种优点, 但也存在一些缺点, 比如装置占地面积大、废气停留时间长、抗负荷冲击能力较差等。
2.6 放电等离子体技术
放电等离子体技术是近几十年随着科技进步才发展起来的新技术, 现已成为VOCs处理研究领域的研究热点。废气中的有机分子在高能电子束和自由基的作用下, 其原子间的化学键被破坏, 有机气体分子被分解成小基团和原子, 继而与高能电子束激发出的活性粒子发生一系列的自由基反应, 最终将有机污染物降解为CO2、H2O等。放电等离子体技术主要包括电子束照射技术、介质阻挡放电技术和电晕放电技术等。放电等离子体技术去除效率高, 但其能耗较大、运行成本较高, 这给该技术在实际工程中的应用带来了较大的难度。目前, 放电等离子体技术主要应用于烟气脱硫脱硝, 对于有机废气的治理主要处于实验室研究阶段。
3 挥发性有机污染物的治理现状
2010年5月, 国务院首次从国家层面上提出了加强挥发性有机物污染防治工作的要求, 将VOCs与SO2、NOx、颗粒物一起列为改善大气环境质量的优控重点污染物。2011年12月, 国务院又在《国家环境保护“十二五”规划》中, 再次提出加强VOCs控制。随后, 环保部多次发文提出VOCs的减排目标以及VOCs控制防治策略与方法。
随着国家环保法规的日益完善和不断严格, VOCs的处理已逐渐成为世界各国的研究重点, 但毕竟研究时间较短, 技术还不成熟, 现有的处理技术难免存在一些缺陷, 如能耗高、基建成本高、产生二次污染、运行不稳定、管理维护困难等[10]。因此, 通过对新技术、新工艺的开发以及对现有工艺的改进, VOCs的治理技术将会有更进一步的发展。
参考文献
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[2]李铭辉.挥发性有机污染物 (VOCs) 监测技术与治理研究[J].环境与可持续发展, 2015, 40 (1) :124-125.
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[4]黄晓玲.挥发性有机污染物 (VOCs) 治理现状及未来发展[J].低碳世界, 2015 (12) :2-3.
[5]刘宇麟.挥发性有机物 (VOCs) 监测方法与治理技术[J].干燥环境监测, 2016 (6) :76-82.
[6]张星, 朱景洋, 穆远庆.挥发性有机物污染控制技术研究进展[J].化学工程与装备, 2011 (10) :165-166.
VOCs挥发 篇2
雾霾的定义
雾霾是雾和霾的统称，霾是大量及细微干尘粒均匀浮游在空气中，使水平能见度小于十千米的空气普遍有浑浊现象，使远处光亮物微带黄色、红色，使黑色微带蓝色。通俗点说，霾就是空气中的灰尘、硫酸盐、硝酸盐等颗粒物组成气溶胶系统造成的视觉障碍。雾和霾最大的区别在于水分的含量，当水分含量达到90%以上，我们叫做雾，水分含量低于80%的时候我们叫做霾，在80和90之间是雾霾的混合物。
说到雾霾，通常我们就会想到PM2.5。PM2.5颗粒物质雾霾的重要组成部分，对人体的健康具有较大威胁。这种颗粒物的直径小于或等于2.5微米，也称之为可吸入颗粒物。这种物质进入到人体系统以后可以进入到人体的血液参与全身的循环，对人体的健康是有非常严重的影响。
那么，雾霾是如何形成了，这里就不得不说一下导致雾霾形成的重要物质VOCs，即挥发性有机化合物。
VOCs是指在室温下饱和蒸气压大于70.91Pa，常压下沸点小于260℃的有机化合物。主要包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸、石油烃化合物等，目前已鉴别出300多种挥发性有机物。
研究表明，雾霾的形成离不开VOCs的助力，VOCs是雾霾形成的重要前体物。它与用其中的氮氧化物、二氧化硫、铵盐之类发生反应，形成二次有机其溶剂，对PM2.5贡献非常大。同时，VOC加强大气氧化活性，加强PM2.5形成，在反映过程中还能够形成臭氧，导致近地层臭氧污染。
目前，北方地区是雾霾肆虐的重点地区。北京地区目前将雾霾等级分为三级，轻度霾、中度霾、重度霾。轻度霾指相对湿度小于80%，能见度大于5公里，小于10公里，中度霾空气湿度小于80%，能见度在2公里到5公里之见，重度霾指能见得要小于2公里的情况。
出现雾霾天气时，建议大家最好待在室内，避免外出吸入PM2.5颗粒。如果外出，尽可能的佩戴防滑性能较好的口罩。
近年来，国家一直在加大对雾霾的治理，2017年更是出台了一系列的政策措施，堪称世上最严环保年。早在北方供暖季正式来临前不久，环保部联合发改委、工信部等多部委和
京津冀等省市共同印发《京津冀及周边地区2017-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》，明确要求“2+26”城市、多行业自11月15日起，全面开始执行采暖季“停工令”。
要想解决雾霾污染问题，VOCs是必须先处理的一只强有力的“拦路虎”。VOCs来源广泛，人们日常的生产生活以及出行都会造成VOCs的排放。目前机动车、工业等行业排放的VOCs占了总VOCs的很大比例。另外，自然界的火山喷发、植被光合作用也会产生VOCs。VOCs的成分复杂，处理起来具有一定的难度。目前在国际上对此没有绝对的治理方法。相比欧美国家，我国的VOCs治理起步较晚，但一直在进步中。
那么，究竟该如何治理VOCs？哪些技术或设备比较有效呢？
前面也说到，由于VOCs来源广泛且成分复杂，所以治理起来会有一定的难度。不同行业、不同生产工艺、不同工序产生的VOCs都是有区别的。
塑料废气
主要成分：甲苯、二甲苯、甲醛、甲醇、丙酮、己二胺等。
处理方案设计：湿式喷淋塔+等离子+多相催化氧化
恶臭废气
主要成分：氨气、硫化氢、甲硫醇、有机废气等。
处理方案设计：湿式喷淋塔+碱洗塔+多相催化氧化
化学制品废气
主要成分：甲苯、丁酮、乙酸乙酯、异丙醇乙二醇、丁二醇，部分含有粉尘。
处理方案设计：干式过滤（除尘）+多相催化氧化
VOCs挥发 篇3
2010 年5 月国务院办公厅首次正式地从国家层面上提出了加强VOCs污染防治工作的要求,将VOCs和SO2、NOx与颗粒物一起列为改善大气环境质量的优控重点污染物[5]。2012 年12 月底出台的我国首部综合性大气污染防治规划 《重点区域大气污染防治 “十二五”规划》要求提高VOCs排放类项目建设要求,开展重点行业治理,完善VOCs污染防治体系[6,7,8]。
在生产过程中采用替代产品、改进工艺和更换设备是减少VOCs产生和排放的首选措施,然而对于一些工艺过程和生产而言,清洁生产的路还很长,在短时期内末端控制技术仍然是必不可少的一种手段。目前VOCs的治理技术主要包括回收法和销毁法。无论从环保还是从经济角度来看,回收法都是值得提倡的VOCs治理技术[9,10,11,12]。
VOCs回收技术包括吸附、冷凝、吸收、膜分离等,其中吸附法设备简单、适用范围广、净化效率高,是一种传统的VOCs治理技术,也是目前应用最广的治理技术。席劲瑛等通过调研大量工业VOCs处理技术工程案例发现,吸附技术在国内的市场占有率最高( 38%) ,在适于回收VOCs的情况下,吸附技术是一种经济、符合清洁生产理念的选择,因此在国内外得到广泛应用[9]。
1 吸附法治理技术
吸附法是利用各种固体吸附剂对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法[13]。通常吸附分为物理吸附和化学吸附两类,而VOCs废气的净化主要采用物理吸附方法。吸附法适宜处理低浓度、高风量的有机废气,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等[14]。吸附法的关键技术是吸附剂、吸附设备和工艺、再生介质、后处理工艺等的确定[15,16]。
1. 1 常用吸附剂
目前在VOCs净化中常用的吸附剂有无机和有机吸附剂两类,应用较多的是无机吸附剂,主要有活性炭( 包括颗粒活性炭、蜂窝活性炭和活性炭纤维) 、分子筛( 包括颗粒分子筛、分子筛成型体蜂窝和分子筛涂覆材料) 、沸石、颗粒硅胶、活性氧化铝、多孔粘土矿石等,有机吸附剂主要是指高聚物吸附树脂[17]。
最具代表性的无机吸附剂是活性炭。与颗粒活性炭相比,蜂窝活性炭具有床层阻力小的优点。目前,我国处理高风量、低浓度VOCs设备的吸附剂以蜂窝状活性炭为主[18]。活性炭纤维具有比表面积大、微孔丰富且分布均匀、吸脱附速率快、吸附效率高、易再生等优点[19]。活性炭材料对非极性物质,如有机溶剂具有非常好的吸附能力; 相反,对极性物质如水,则吸附性较差,因此就有可能很方便地用水蒸气再生。
沸石和分子筛的主要成分都是铝硅酸盐,具有良好的热稳定性,在使用热气流再生时安全性好。不同类型的分子筛对VOCs的吸附效果不同,因此可以通过对分子筛进行化学修饰和改性,提高其对VOCs的去除效果[20,21]。
1. 2 吸附剂再生
在VOCs治理中常用的吸附剂再生方法有低压水蒸气置换再生、热气流吹扫再生和降压或真空解吸再生。低压水蒸气置换再生、热气流吹扫再生适用于脱附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物[22]。
目前还发展了一些新型节能的吸附剂再生技术,如微波脱附[23]、电焦耳脱附[24]、溶剂置换[25]、超声波再生[26]等。这些新的脱附技术节能效果好、效率高,但目前尚处于研究阶段,实际应用较少。
1. 3 常用吸附装置
在有机废气治理方面,工业上常用的吸附设备有固定床、移动床、流化床和沸石蜂窝转轮吸附装置,最经典、常用的是固定床。沸石蜂窝转轮吸附装置是有机废气净化领域中相对较新开发的旋转式吸附系统,也称为转子吸附器。废气可径向或轴向地通过装有吸附剂的转子,并经过大部分的旋转床层而被净化。转子吸附器的优点是设备体积小、操作方便、压降低,可以连续地将大流量的废气处理成低浓度的净化气,而解吸出来的气体则浓度高而流量低,一般增浓比可达10~15 倍。
1. 4 主要吸附工艺
1. 4. 1 固定床吸附-水蒸气置换再生-冷凝回收工艺
该工艺通常以颗粒活性炭、活性炭纤维或沸石作为吸附剂,主要对较低浓度的有机废气中的溶剂进行回收。固定床中的吸附剂吸附达到饱和后,通入高温水蒸气使被吸附的有机物随水蒸气一起离开吸附床,然后用冷凝器冷却蒸汽混合物,使其冷凝为液体[27]。
1. 4. 2 固定床吸附-真空解吸再生-吸收回收工艺
该工艺通常采用中孔发达的颗粒活性炭作为吸附剂进行吸附,然后采用抽真空降压对吸附剂进行再生,被真空泵所抽出的极高浓度的废气通常采用低挥发性的有机溶剂进行吸收回收。该工艺适合于高浓度有机废气的回收[16]。
1. 4. 3 沸石转轮吸附浓缩工艺
在目前我国的有机废气污染中,低浓度、大风量的VOCs排放占了相当大的比例,因此吸附浓缩技术是低浓度废气治理中最为经济有效的技术途径。近年来我国从日本引进了一批沸石转轮吸附浓缩装置,业内的很多企业也正在积极进行该项技术的开发应用工作。和固定床吸附浓缩技术相比,沸石转轮吸附浓缩技术具有诸多优点: 采用蜂窝式沸石作为吸附剂,可采用高温脱附,再生效率高,安全性能好,适宜处理的VOCs范围更广; 设备阻力小,吸附剂的利用率高,运行成本低; 尾气中有机污染物的浓度稳定,便于控制; 结构紧凑,设备体积和占地面积小[28]。
1. 4. 4 吸附-冷凝组合工艺
吸附浓缩-冷凝回收工艺通常用于低浓度、大风量、回收价值较高的VOCs的净化,目前工业上主要使用固定床或者沸石转轮作为吸附装置。当吸附剂吸附达到饱和后,根据有机废气和使用的吸附剂性质选择水蒸气或热气流进行解吸,也可以进行真空解吸再生,解吸出的高温、高浓度混合蒸汽再进入冷凝器中进行冷凝回收[16,29]。
陆树华等集成有机废气回收中冷凝法与吸附法的传统工艺,将预冷、冷凝、吸附、分离四个过程集成在同一流道内,设计出新型板式结构的芯体,其有机废气通道与制冷剂通道由带有三角形翅片的金属板片相隔。在有机废气通道的翅片间填充吸附剂,在金属板片另一侧的通道内流经制冷剂。有机废气在经吸附剂吸附的同时和制冷剂逆向流动换热,降低了吸附剂温升,延长吸附剂寿命。冷凝吸附后的低温尾气被引至装置上部的芯体作预冷用,实现能源的二次利用,提高能源的利用率。装置分为上下两部分并用法兰连接,便于装置的拆卸以及吸附剂的更换。该装置具有有机废气回收率高、占地空间小、制造成本低等优点,适用于工业有机废气的回收治理[8]。
2 结语
( 1) 从资源化的角度来看,回收技术是治理VOCs行之有效的方法。美国EPA指出,活性炭吸附是去除VOCs “可采用的最好技术”,而且吸附法也正是我国目前应用最为广泛、最为成熟的技术,特别是活性炭固定床吸附变温技术适合我国现有的经济、技术水平。
( 2) VOCs成分、组成和性质的复杂性导致单一的治理技术在大多数情况下不能很好的解决当前企业及化工园区普遍存在的尾气排放不达标、设备运行成本高、经济效益低的问题。基于不同工艺集成的组合方法,如吸收-吸附、冷凝-吸附、吸附-膜分离等组合工艺,可进一步提高VOCs的去除率、降低成本和减少二次污染。
( 3) 研制具有催化氧化等更佳吸附性能或满足特定需求的吸附剂,寻找切实可行的吸附剂表面改性方法; 探究VOCs在吸附解吸过程中的热质耦合传递机理,分析VOCs的传热传质特性; 加强对吸附解吸过程影响因素的研究,提高吸附效率,延长吸附剂寿命; 精确预测VOCs的相变和吸附解吸过程,建立VOCs回收过程预测方法和回收装置设计方法; 研发具有更高吸附效率的净化设备。这些问题有待于进一步的研究和探讨。
VOCs挥发 篇4
1.1膜萃取气相色谱技术
随着科学技术的不断发展与进步, 在对挥发性有机污染物 (VOCs) 进行检测时, 主要采取膜技术对样品进行处理, 而且膜技术处理也已经成为多种方式下的首要选择方式, 在进行膜萃取的过程中, 两相之间的相互融合是根本不存在的, 而且对于乳液状的物体可以完全地消除, 在此过程中也可以尽量降低溶剂的使用量, 所利用的样品可以连续的和萃取剂进行接触, 对挥发性有机污染物 (VOCs) 进行监测, 而且具有实时性的特征。在利用膜萃取气相色谱技术时, 对挥发性有机污染物 (VOCs) 进行监测时, 空的纤维膜中连续不断地流过空气, 挥发性有机污染物 (VOCs) 中的成分在透过膜的过程中是有选择性的, 通过选择性流入一种惰性气体——氮气流, 这时挥发性有机污染物 (VOCs) 在微阱中不断地被聚集, 此时用电加热的方式对其进行加热, 这一过程中会形成具有一定时间间隔的脉冲, 样品连续的进入其中。样品通过膜萃取的方式进入, 但是需要保证一定的时间, 这样才能使得膜渗透处于一个稳定性比较高的模式, 在此基础上使得监测结果更加准确。
1.2 TDLAS技术
在对环境质量进行监测时, 大多数研究者都将目光聚集到激光光谱技术的应用中, 因为激光的功率相比于其他具有高密度、光子通量大等特征, 而且也发明了多种多样的激光光谱分析方法, 利用最广泛的则是TDLAS技术, 因为这一技术的灵敏度够高, 而且具有良好的选择性, 可以对挥发性有机物进行实时、动态的分析和监测。据分析, TDLAS技术可以在1s的时间内达到ppm级甚至是ppb级的监测速度, 同时其监测的灵敏度可以提高或者超过100倍, 甚至TDLAS技术可以在高温、高压甚至是高腐蚀等环境条件下进行调试, 如果是恶劣条件下对挥发性有机物进行监测, 可以选择TDLAS技术。
2对挥发性有机污染物 (VOCs) 治理技术进行分析
2.1利用多孔性的物质对挥发性有机物 (VOCs) 进行吸附
对挥发性有机物 (VOCs) 进行治理, 可以利用多孔性的物质对其进行吸附, 这一过程中, 流体的混合物的组成成分被浓缩在这种多孔性固体的表面, 就可以将有害物质进行分析。 利用多孔性的物质对挥发性有机物 (VOCs) 进行吸附, 这种方法被广泛地运用于对挥发性有机物 (VOCs) 的治理过程中。 而且这种方法适合于浓度比较低、通过量比较高的废气治理。 这种方法的优势就是没有二次污染现象的出现。但是对于较高浓度的有机气体这种方法并不适用, 而且如果胶性颗粒物存在于废气之中的话, 这种多孔性的物质会失去作用。
2.2利用液体对挥发性有机物 (VOCs) 进行吸收
在对挥发性有机物 (VOCs) 进行治理时, 也可以利用液体对其进行吸收, 而且这种治理方法对空气中气体状态的污染物的吸收效果是非常好的, 对于少量的有用物质也可以吸附, 特别针对气体浓度处于0.05% ~ 0.5% 之间或者是流量处于3 000 ~ 15 000m3/h之间的有害气体, 吸收效果是非常好的。 利用液体对挥发性有机物进行吸收, 这种液体并不是普通的液体, 而是挥发性比较低的液体, 并且要有一定的吸收装置对有害气体进行吸收。这种方法适用范围主要是浓度比较高、 温度比较低而且压力比较高的环境状态。如此之外, 还要对吸收剂进行定期的更换。
2.3利用生物处理技术对挥发性有机污染物进行处理
现阶段, 由于生物技术的不断进步与发展, 在对有机废气进行净化处理的过程中, 往往会采用有机生物进行降解的方式, 主要是因为微生物具有非常强的适应能力, 对于各种各样的污染物都能够在很短的时间内适应, 而且也可以把这些污染物当作是自身的代谢物对其进行不断的降解, 并且转化为其他物质。生物处理技术的效果是非常有效的, 而且不用投入非常高的成本, 同时具有非常高的安全性, 更加不会出现二次污染的现象。与此同时, 在利用生物处理技术对挥发性有机物进行处理时, 由于应用于废气生物处理的吸收剂具有一定的再生性, 所以并不需要使用专门的设备对其进行处理, 而是可以利用吸收剂中的微生物直接对其进行处理。
3结束语
本文对挥发性有机污染物 (VOCs) 的监测技术进行了分析, 并提出对挥发性有机污染物 (VOCs) 治理技术并进行分析:1利用多孔性的物质对挥发性有机物 (VOCs) 进行吸附; 2利用液体对挥发性有机物 (VOCs) 进行吸收;3利用生物处理技术对挥发性有机污染物进行处理等。相关人员还要对其进行不断研究, 开发出更为高效的治理技术。
参考文献
VOCs挥发 篇5
在传统的化工、涂漆以及塑料等工业生产领域中, 这些工业产品在生产和加工过程中会产生大量的有毒有害的挥发性有机化合物废气。如果处理不当, 直接排入到大气中, 与空气的二氧化氮结合, 在一定条件下会发生光化学反应, 产生光学烟雾污染, 对于空气质量和人类健康以及生物的生长都有较大影响。
2 城市VOCs污染源
随着城市化、工业化进程的加快, 城市环境空气中的挥发性有机物种类不断增多, 来源更为复杂。南京市曾经在空气中共检测出189种挥发性有机化合物, 其中烃类化合物占69%, 这是由于城市内的汽油燃烧不完全, 汽车尾气中的烯烃和芳烃的含量较高[1]。苯浓度受汽车尾气影响较大。此外, 城市挥发性有机化合物中的污染物浓度常常还会受风速、温度、风向气候等影响。
根据污染源中监测到的VOCs化合物种类, 然后采取定量分析, 归一化处理后作为模型计算的源成分谱, 就可以掌握该监测城市监测期间的环境大气中的VOCs种类的总体浓度变化范围, 以及不同污染源在挥发性有机化合物中的贡献值, 从而提出具体的防治措施。总之, 要实现有效控制、解决城市挥发性有机化合物问题, 减少光化学烟雾的危害, 需要对城市的挥发性有机化合物污染源要准确掌握, 做好日常的大气环境监测工作。
3 城市挥发性有机化合物防治对策
3.1 提升VOCs的监测能力建设
加大环境大气监测能力, 完善热解吸装置、气相色谱仪、HP-VOCs专用色谱柱等VOCs检测仪器设备的配备;加强专业监测人才的引进和培养力度;基层环境监测站所要努力完成VOCs标准曲线的建立, 完善VOCs的监测标准体系, 逐步推进VOCs污染物自动在线监控, 加强对重点防控区域和重点防控企业的VOCs在线监测。
3.2 推进企业落实环保治理设施建设
通过“以奖促治”推进治理工作, 继续加强挥发性有机化合物污染治理示范工程建设, 通过以点带面, 全面推进工业挥发性有机物污染防治工作。鼓励企业采用先进的VOCs治理技术, 使VOCs长期稳定达标排放, 逐步淘汰原有排放状况不稳定的治理技术。目前, 处理VOCs废气的方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、膜分离法、低温等离子体法和光催化氧化法等等[2]。
3.3 加强环境执法监督
全面加强对城市工业区印刷、制鞋、家具、汽车制造、化工等VOCs主要污染行业的项目环评审批力度, 严格实行行业限批和区域限批, 从源头上控制重污染项目建设, 从源头上全面推进VOCs污染综合防治。建立健全对VOCs产生企业的巡查制度, 加大对VOCs产生企业的现场环境执法检查频次, 加强对企业产生VOCs污染的原料使用台账、油墨印刷和粘胶剂涂布等使用有机溶剂产生VOCs工艺环节的监督检查, 严肃查处环境违法行为, 对违反国家产业政策的污染项目、不执行环境影响评价、违反“三同时”、治理设施不正常运转等行为进行重点查处。健全环境监管体制, 不断完善环境保护综合决策与协调机制, 提高执法效能。
3.4 提高各VOCs产生行业清洁生产水平
鼓励企业不断采取改进设计、使用清洁的原料、淘汰挥发性有机化合物含量高的油漆、涂料产品、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施, 从源头削减VOCs污染, 提高资源利用效率, 减少VOCs的产生和排放。
4 结语
实现城市的可持续发展, 需要对挥发性有机化合物采取综合防治措施, 政府相关职能部门要加强对VOCs企业的监管力度, 出台具体政策加以引导;各产生行业自身要加大推广新技术的使用, 例如, 生物处理法、等离子体分解法等在解决传统技术对处理低浓度、大风量有机废气不适用难题方面发挥出理想效果, 受到了越来越多的企业青睐。广大市民也要增强环保意识, 对于企业或个人的环境污染行为要敢于检举揭发, 积极参与到挥发性有机化合物综合治理中来。
参考文献
[1]杭维琦, 薛光璞.南京市环境空气中挥发性有机物的组成与特点[J].中国环境监测, 2004, 20 (2) :14-16.
VOCs挥发 篇6
关键词：VOCs,吸附技术,MOFs,吸附性能
近年来,随着经济和社会的发展,环境污染越来越严重,已成为当今社会关注的热点问题。大气中的挥发性有机物VOCs ( Volatile Organic Compounds) 是导致环境污染的一个重要污染物。VOCs包括BTEXs (如苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、醛类、酮类和氯化烃类等,分为非极性VOCs (如C3H8,苯、甲苯、正构烷烃类、二甲苯异构体和正丁烷) 和极性VOCs(如丙酮、甲醇、乙醇、四氯乙烷、氯甲烷、各种氯代烃和全氟烃) 两大类[1]。多数VOCs具有毒性,长期接触会危害人体健康、损害人体神经中枢和免疫系统; 甚至有些VOCs具有强致癌性,严重威胁生命健康[2,3,4,5]。同时,VOCs与氮氧化物在光作用下会发生光化学反应形成光化学烟雾,导致动物呼吸困难和植物枯萎[6]。由于VOCs极大破坏和危害着生态环境和人类健康,如何有效治理环境中的VOCs已引起人们的极大关注并成为研究热点。
吸附技术是处理中、低浓度VOCs的有效技术之一,吸附材料的性能在吸附过程中非常关键,是整个吸附技术的核心。多孔材料具有巨大的比表面积和孔容,是最常使用的脱除VOCs的吸附剂。活性炭是最常见的吸附剂之一,其比表面积一般在1000 m2/ g左右,常温下其对典型VOCs的吸附量在100 ~ 300 mg / g之间[7]。活性炭纤维由于表面大量的微孔,增加了对有机气体的吸附能力,其对VOCs的吸附量可达到600 mg / g[8]。而对于比表面积较小的分子筛吸附剂,其对VOCs的最大吸附容量一般小于200 mg / g[9]。因此,研究开发用于治理环境污染的VOCs的高性能吸附材料已成为材料学科的研究热点之一。
1 金属有机骨架材料( MOFs)
金属有机骨架材料( Metal - Organic Frameworks,MOFs)是一种新型的多孔骨架材料,它是由有机配体与金属离子通过自组装过程形成的具有周期性的三维网络骨架的晶体材料[10]。
MOFs材料作为一种新型功能性分子材料,与活性炭、沸石材料相比,具有以下优势[11,12]: 比表面积巨大、孔径可调节、微孔结构有序、孔尺寸和骨架结构的多样、孔表面官能团可修饰、具有不饱和的金属配位点等。MOFs材料的优良特性促使其迅速发展并成为材料、化学、环境领域的研究热点,其在氢气储备、催化反应、气体吸附与分离等应用领域有广阔的研究和应用前景[13,14,15]。MOFs材料具有巨大的比表面积和孔容,使得它们在常温常压下对许多有毒气体具有超高的吸附容量,在VOCs吸附方面具有极大的竞争优势; 另外,孔结构大小的可调及其表面性质的改性可使其对VOCs进行选择性吸附。
2 MOFs材料对VOCs的吸附
MOFs材料种类较多,不同系列的MOFs材料在对VOCs各种气体吸附能力方面有一定的区别。
2. 1 IRMOFs材料对VOCs的吸附
IRMOFs系列材料是由美国Yaghi教授课题组研究组合成的。1995 年,该课题组首次提出MOFs材料,这类材料可以吸附客体小分子,并且在脱出小分子后骨架仍然保持稳定,不会塌陷[16]。1999 年,该课题组合成了最具代表性的MOF - 5(又称IRMOF - 1)材料,它是由金属锌盐与对苯二甲酸自组装而成的具有立方体结构的MOF材料。图1 为MOF - 5 的晶体结构,从图1 中可以看出,MOF - 5 是由[Zn4O]的无机基团与对苯二甲基连接形成三维立体的骨架结构。它是一种具有高比表面积且孔隙结构均匀规整的材料,其比表面积最高可达3917 m2/ g,大大高于其他常规吸附剂,孔径集中分布在8 左右[17]。
随后,该课题组考察了MOF - 5 材料对VOCs的吸附性能[18]。在295 K条件下,MOF - 5 对CH2Cl2、CHCl3、CCl4、C6H6和C6H12的饱和吸附容量分别为1211 mg/g、1367 mg/g、1472 mg / g、802 mg / g和703 mg / g,其VOCs吸附量是传统吸附材料(如活性炭、分子筛等) 的4 ~ 10 倍,表现出非常好的吸附性能。
Mohaned等[19]采用金属锌盐与含有- C2H4官能团的多羧酸类有机配体(R6 - DBC) 自组装合成IRMOF - 6 材料,并在298 K条件下考察了其对四种VOCs ( CH2Cl2、CHCl3、CCl4和C6H6) 的吸附性能,发现其饱和吸附量要优于MOF - 5 材料。
2004 年,Yaghi教授课题组[20]采用Zn(NO3)2和有机配体H3BTB(1,3,5 - 苯三安息香酸) 成功合成了具有极高比表面积的MOF - 177 材料,其Langmuir比表面积为4500 m2/ g,平均孔径1. 02 nm。H3BTB分子结构如图2 所示,图2B为该课题组利用计算化学模拟的MOF - 177 材料的扭曲六面体晶格结构[21]。MOF -177 材料在充分活化的情况下,比表面积可高达5640 m2/ g。
浙江大学杨坤教授课题组[22]合成的MOF - 177 材料比表面积为4170 m2/ g,孔径为0. 94 nm,该课题组研究了合成的MOF - 177材料对丙酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能,结果显示各吸附量均> 200 mg/g,其中对丙酮和苯的饱和吸附量分别达到589 mg/g和800 mg/g。
此外,Yaghi教授课题组选取IRMOFs、MOF - 5、IRMOF -3、MOF - 74、MOF - 177、MOF - 199 和IRMOF - 62 六种MOFs材料分别对四氢噻吩、苯、二氯甲烷和环氧乙烷等环境有害VOCs进行了吸附性能的研究,并将其与BPL活性炭进行比较[23]。研究发现,具有空缺金属位点(MOF - 74 和MOF - 199)和氨基基团(IRMOF - 3)的MOF材料在吸附有毒气体过程中发挥重要作用,三种MOF材料的动态吸附量是BPL活性炭的近60 倍,其中,MOF - 74 和MOF - 199 材料对VOCs的吸附量均高出BPL活性炭一个数量级。
2. 2 MILs材料对VOCs的吸附
MILs系列材料是由法国Ferey课题组合成的一系列MOFs材料,最有代表性的MIL - 101。2005 年,该课题组[24]用Cr( NO3)3·9H2O和有机配体H2BDC合成出具有中孔笼状结构和微孔隙的金属有机骨架材料MIL - 101,此材料比表面积高达5900 m2/ g。该MIL - 101 材料在303 K条件下对苯的吸附量为1303 mg / g[25],高于目前文献报道的最高值967 mg/g[26](吸附材料是比表面积为2600 ~ 3600 m2/ g的沥青基活性炭) 。同时,测定了MIL - 101 材料和活性炭对苯完全吸附所用的时间分别为253 s和500 s。由此可知,MIL - 101 材料能够快速的吸附苯蒸汽,且吸附量大。因此,MIL - 101 材料适用于环境中、低浓度的VOCs的吸附。
浙江大学杨坤教授课题组[27]合成的MIL - 101 比表面积为5870 m2/ g,其对VOCs的饱和吸附量分别为: 丙酮(1288 mg / g) 、苯(1290 mg/g)、甲苯(1107 mg/g)、乙苯(1104 mg/g)、邻二甲苯(727 mg/g)、间二甲苯(757 mg/g) 和对二甲苯(1067 mg/g) 。另外,MIL - 101 对吸附的VOCs分子的尺寸和形状具有选择性,空间位阻决定了它们进入MIL - 101 孔道的方式: 位阻小的VOCs分子(丙酮、苯、甲苯、乙苯及对二甲苯) 以尺寸最小截面方式进入材料孔隙; 位阻大的VOCs分子(间二甲苯和邻二甲苯)以尺寸最大截面方式进入材料孔隙。
南开大学的严秀平教授课题组[28]考察了MIL - 101 材料对典型VOCs(正己烷、甲苯、甲醇、丁酮、二氯甲烷及正丁胺等) 的吸附性能。研究发现,MIL - 101 材料对含有杂原子或者苯环的VOCs分子(正丁胺)的吸附量最大,达到1062 mg/g,对正己烷的吸附量最小(14 mg/g)。MIL - 101 材料对以上VOCs的吸附容量均大于常规活性炭的吸附量,进一步证实MIL - 101 材料在治理VOCs废气中有很好的应用前景。
3 结论与展望