消滅油煙中VOCs有機物——低溫等離子催化氧化法

近些年，針對油煙中 VOCs 氣體的凈化技術(shù)發(fā)展較快， 今天就來(lái)介紹一下一種熱門(mén)處理方法——低溫等離子催化氧化法。
1、基本概念
低溫等離子體凈化技術(shù)是使氣體分子發(fā)生電離，產(chǎn)生更多的活性因子、羥基自由基、氧負自由基等來(lái)降解油煙污染物。但是很多研究表明，單獨低溫等離子體技術(shù)雖然能凈化 CFPM 和 VOCs，但是容易產(chǎn)生臭氧、氮氧化合物、有機副產(chǎn)物等，造成二次污染，還有部分在反應過(guò)程中產(chǎn)生黃褐色的焦狀物質(zhì)副產(chǎn)物，這會(huì )增加低溫等離子體的能耗，使低溫等離子體凈化效率降低。因此，將低溫等離子體技術(shù)和催化劑相結合，能顯著(zhù)提升反應速率和CO2選擇性，減少副產(chǎn)物，研究也最為廣泛。與高溫催化氧化法相比，低溫等離子體-催化氧化法可以在大氣壓和室溫下進(jìn)行，成本低廉、簡(jiǎn)單可控、易于放大，且同時(shí)對 CFPM和VOCs有凈化效果，因而備受關(guān)注。

圖 1 不同溫度下等離子體催化氧化的關(guān)鍵反應途徑示意圖
溫度（藍色箭頭低于700K；黃色箭頭700-1050K；紅色箭頭高于1050K）。
e：高能電子，*：電子激發(fā)或電離的分子；e：高能電子或電離的分子；v：振動(dòng)激發(fā)的分子。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：低溫等離子體-催化氧化法簡(jiǎn)單方便，可在室溫條件下進(jìn)行，在消除油煙的同時(shí)，也可消除異味；
缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生臭氧、氮氧化合物以及污染物中間體等造成二次污染。
2、研究現狀
將DBD（介質(zhì)阻擋放電）與錳基催化劑相結合是目前報道較多的一種低溫等離子體-催化氧化技術(shù)。向東等采用DBD協(xié)同 MnOx／SBA-15 催化劑去除油煙中的正己醛，對油煙中的正己醛的凈化達到效率為 99%；結果表明，放電過(guò)程中產(chǎn)生的臭氧在催化劑表面分解形成的活性氧物種以及電離產(chǎn)生的羥基自由基，既強化了正己醛的完全氧化，并提高了CO2選擇性。
陳春雨等也研究了 DBD 協(xié)同γ-Al2O3催化劑去除低濃度正己醛。在 80℃下、放電功率為2.8W時(shí)、干燥空氣氣氛中，DBD與γ-Al2O3協(xié)同作用下，對0.12%正己醛的凈化效率為87.1%，而在DBD結合7.5% MnOx/γ-Al2O3的作用下，0.12%正己醛凈化效率達到96.5%。也有研究將天然絲光沸石和低溫等離子體結合，在降解正己醛時(shí)也體現了非常好的活性和穩定性。
Yao等則研究了Co-Mn固溶體作為催化劑時(shí)，等離子體-催化系統對烹飪油煙中的己醛的凈化效果。DBD與催化劑的組合顯著(zhù)增加了己醛去除率，并抑制了等離子體副產(chǎn)物的形成。去除己醛的過(guò)程包括電子碰撞引起的直接分解和催化劑表面的中間體與氣相活性物質(zhì)的反應。結果表明，檸檬酸法制備的Co-Mn（9/1）表現出最好的催化活性，對己醛的去除效果最好，并顯著(zhù)提高了CO2的選擇性；這歸因于其具有更小的粒徑、更大的表面積、更高的表面儲氧能力和更多的氧化位點(diǎn)、較高的氧化還原能力。氧化過(guò)程中，由催化劑表面吸附的臭氧解離引發(fā)，產(chǎn)生O原子等活性物種，如方程式（1~3）所示，其中*表示催化劑上的活性位點(diǎn)。

圖 2 DBD 去除 COFs 中（a）PM10和有機化合物（b）的反應機理示意圖
結合之前介紹過(guò)的高溫催化氧化法，兩種方法在處理油煙中VOCs上各有千秋。具體工藝還是要根據實(shí)際案例需求（例如：反應溫度、反應器阻力、停留時(shí)間、能耗等）來(lái)進(jìn)行選擇。
來(lái)源：VOCs前沿