在**挥发性废气处理上，光催化氧化法能耗小，效益高，且不会产生二次污染，是一种处理**挥发性废气的较为优异的方法。

1 **挥发性废气处理及其特征

**挥发性废气处理是针对工业生产中产生的**挥发性气体进行的过滤、吸附、净化等处理，使其转变为无毒、无害无机小分子的过程。目前，在化工工业上，**挥发性废气主要有甲醛、苯系物、甲醛丁醛、乙酸乙酯、糠醛、苯乙烯、油雾、漆雾、天那水、丙烯酸、树脂等。**挥发性废气通常具有有毒有害、易燃易爆、易溶于**溶剂、难溶于水、处理难度较大等特征。

2 光催化氧化法

光催化氧化法是一种新型处理**挥发性废气的方法，该方法主要通过 UV 紫外光对光催化剂进行照射，使之产生高能电荷-电子空穴对，并在空气中的水、氧等物质的参与下，使附着于催化剂表面的**挥发性气体转变为二氧化碳、水以及其他无机小分子物质的过程。具体反应过程如下（以 TiO₂ 为例）

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 能够将烷类、烯类、醇类、酮类、醛类、卤代烯烃、芳香烃以及恶臭物质等**气相物质氧化，其光利用率高，反应速度快。研究发现对于三氯乙烯，TiO₂的气相光催化氧化**效率约为其液相光催化氧化**效率的50-80 倍。

3 **挥发性废气处理中光催化氧化法的应用

3.1 **挥发性废气的净化

**挥发性废气中存在的酸性气体不但影响光催化氧化效率，同时还会影响设备的使用寿命，为此必须对**挥发性废气进行预处理，将酸性气体除掉后在输入到净化设备中。由于酸性气体多易溶于水，为此预处理工艺以水洗装置进行。其具体工艺为：

废气收集→水洗装置→光解-催化**废气净化设备→达标排放。

3.2 **挥发性废气的光催化氧化

在光解催化净化设备中对**挥发性废气主要进行光解与催化氧化。光解主要是通过高能 UV 紫外线对空气中的氧气产生分解作用，促进氧分子分解成为游离态的氧，由于游离态氧上的正负电子处于不平衡状态，因此游离态氧较易与氧分子结合生成臭氧（O₃），其过程为：

O ₂ +UV→O（游离态）+O -      O₂ +O（游离态）→O₃

而臭氧的强氧化作用能够促进**挥发性废气的分解。在 UV设备内安装着紫外线放电管，紫外线放电管产生的光子能量可以高达 647KJ/mol、742KJ/mol，如此高的光子能能够迅速裂解小于该能量的**挥发性废气的分子键，使其转变为无机小分子物质。常见分子键结合能量如表 1。

表 1 常见分子键结合能量表

分子键   结合能（KJ/mol）   分子键   结合能（KJ/mol）

H-C          348             C-O        326

H-H          436             C=C        611

C-H          414             C=O        728

例如，在高能紫外线作用下，分子键结合能为 150KJ/mol 的苯分子中的苯环很容易就被打开，形成离子状态的 H-H + 与 C-C + ，H-H +与 C-C + 非常容易被 O₃ 氧化，终生成 H₂O 与 CO₂ 。其他分子键结合能较低的**挥发性废气在同样的机制下均能够被分解氧化。其具体分子间键结合能及生成物如表 2。

表 2 **挥发性废气分子间键结合能及生成物表

化学物质            分子键               结合能                 终产物

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

在光解催化净化设备中添加纳米级别的活性材料，将活性材料给予紫外线照射，活性材料能够吸收大量的光能，于表面发生激励进而生成 h ⁺ （空穴）与 e^- （电子），而空穴与电子所具有的氧化还原能力，可与氧、水发生反应，迅速生成具有较强氧化能力的·OH（羟基自由基）与·O ^2- （级阴氧离子）。·OH 氧化电位相当高，可以氧化**挥发性废气中的电子，促进无光吸收能力物质的氧化分解。研究发现，在紫外光的能量以及纳米活性催化氧化作用下，**挥发性废气在短短 2-3 秒的时间内就能够被充分分解。

4 结束语

总之，作为一种解决污染的新型方法，光催化氧化法不但能够去除活性炭难以吸附的**挥发性废气，将其转变为无毒无害的**小分子物质，而且不需换其他吸附剂。将光催化氧化法应用于对**挥发性废气，对于保护自然环境，促进人类可持续发展具有十分重要的现实意义。