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光催化技術在實際應用中的控制事項
VOCs廢氣污染，涉及到的行業眾多，包括石油化工、制藥、涂裝、印刷等。工業有機廢氣的種類極其繁多，目前已鑒定出的有300多種，常見的有烴類( 烷烴、烯烴和芳烴) 、酮類、酯類、醇類、酚類、醛類、胺類、腈( 氰) 類等有機化合物，其中工業排放量最大的物質為三苯類（苯、甲苯、二甲苯）和鹵代烴類，三苯類物質和鹵代烴也是高毒性的物質。VOCs廢氣會對人體健康和環境造成危害，在紫外線照射下VOCs和大氣中的NOx發生光化學反應，產生O3等二次污染物；同時，有機廢氣與大氣中的顆粒物作用還會形成二次有機氣溶膠。因此，對VOCs廢氣的控制十分重要。針對工業廢氣處理方法主要有物理法、化學法、生物法，包括吸附、直接燃燒、催化燃燒、化學氧化、生物濾池等處理手段，現階段我國目前針對有機廢氣處理工藝主要有：高溫燃燒法、吸收法、低溫等離子、催化氧化法、吸附法、光解光催化法等。每一種VOCs處理技術均有其特定的使用條件，只有明確了技術應用的邊界條件，才能發揮出技術本身的優勢來。光解光催化技術因為對中、低濃度處理效率高、占地面積小、維護方便等優點，所以被應用到很多場景中。下面針對實際應用中的問題，簡述如下：一、光解光催化對工況的要求光解光催化技術適合溫度區間為-10℃-70℃（VOCs氣體溫度），濕度20-80%（相對濕度），VOCs濃度要求在500mg/m3以下，進氣顆粒物濃度要求低于20mg/m3。顆粒物濃度過高，會對紫外燈管和光催化材料產生不可逆性損害，一般通過多級過濾（絲網、初效、中效纖維布或布袋）過濾除塵，對油煙類也采用靜電除油、除塵；后期維護工藝中要求定期（視實際工況，一般1-3個月）吹掃或擦拭燈管表面，吹掃或超聲波清洗光催化材料，以確保燈管和光催化材料正常工作。該技術可處理含氯有機物，對一氯、二氯化合物處理效果較好，但對氯仿、四氯化碳效果略差，不適用。含氯有機物的氧化產物為二氧化碳和氯化氫，因此對此類VOCs氣體的降解后面工藝都要增加堿淋洗塔。該技術可高效處理含硫有機物，尤其是硫化氫、二硫化碳，降解效率高達85%以上。對甲硫醚、乙硫醚等惡臭性硫化物也有很強的降解效果，處理效率都可達75%以上。降解產生二氧化硫，因此后面需配合堿淋洗塔去除酸氣。如果在堿淋洗塔中增加濕式高級氧化，可進一步提高降解效率到95%以上，適合需要強力除臭的場合。該技術不適合含硅有機物，因為光催化降解含硅有機物會生成二氧化硅，其中后者會沉積在光催化劑表面，會降低光催化劑的效率。如果對較低濃度含硅有機物的場合也可以使用，但需要較為頻繁的更換光催化板，因為含硅有機物更不適合RTO、RCO等燃燒類工藝，因此該技術仍有一定競爭優勢。二、光催化技術不會產生二次污染物光催化使用的是254nm單波段紫外燈管，主要用于激發光催化劑產生羥基自由基（氧化電位2.80eV），該波長能量較低，不能光解氧氣，因此極少產生臭氧。如果工藝中還包含光解段，該工藝段采用的是185nm、254nm雙波段紫外燈，其中185nm紫外燈會產生較高濃度的臭氧（氧化電位2.0eV），可點氧化勢能較低的有機物，一般用于光催化之前做前端處理。該工藝段一般臭氧產生量為100ppm左右.三、光催化技術需要高效光催化板
VOCs廢氣治理一般風量大、風速快、氣體分子結構復雜，一般需要經過數步甚至十幾步反應才能降解到二氧化碳和水等無害終產物（圖1為苯酚的光催化降解機理），因此降解的難度和復雜度遠遠超過脫硫脫硝等簡單無機分子的治理。
圖1苯酚被羥基自由基氧化降解的反應機理
光催化反應的機理是，由紫外光激發二氧化鈦，產生光生電流（光伏原理），電荷分離后正電荷與水分子（H2O）生成羥基自由基（·OH），負電荷與氧分子（O2）生成氧負離子（O2-），利用這兩種物質的強氧化性對有機污染物分子進行較為徹底的氧化分解（圖2）。但是由于是二級反應，能量利用率有所下降，因此需要光催化劑具有非常高的活性催化面積，達到很高的催化效率，才能在單位時間內產生足夠多的羥基自由基或氧負離子，否則無法徹底分解VOCs分子，只能停留在中間產物。
圖2光催化反應生成強氧化劑的機理
在工業VOCs治理設備中，風速一般可達數m/s，VOCs氣體分子在催化劑表面停留時間極短。只有通過制備極高比表面的光催化劑，才能在單位時間內生成大量的羥基自由基，使催化劑表面生成強親水性的半液態“氣-固”界面，這樣VOCs氣體分子可通過“吸附-半液態中氧化反應-再逸出”的機理大大增加反應停留時間（相比于氣-固界面反應），因此降解更為徹底，中間產物更少，降解效率大大提高（圖3）。
圖3VOCs氣體分子在光催化劑表面的半液態反應機理（R：VOCs氣體分子；Rads：VOCs氣體分子進入催化劑液膜與羥基自由基反應；Pads：生成終產物；P：終產物逸出液膜，排放）
