揮發性有機化合物來源及危害 

揮發性有化化合物（VOCs）是指沸點在常壓下低于260°Ｃ，或者室溫時其飽和蒸氣壓大于133．3 Pa的有機化合物。VOCs氣體非常容易揮發到空氣當中，進而對空氣造成影響；VOCs—般分為芳香族化合物、脂肪族化合物、鹵代烷烴、烴、脂、醛、酮、醚等，具體分類如表1.1所示。因為VOCs的含量很低，一般都在ppm、ppb級，所很容易被忽視。VOCs的來源非常廣泛，遍布于人民的生產生活中，總結起來其主要來自于：
汽車尾氣排放； 
作為有機溶劑：如油漆、涂料、膠粘劑、洗涂劑等；
建筑材料使用：粘合板、塑料或者泡沫板材、熱材料等；
.裝飾材料：各種裝飾品、壁紙等；
家庭用品：窗簾、地毯等；
家用燃料的不完全燃燒；
餐飲業產生的惡臭性氣體。

表２中列舉了VOCs的常見發生源及逸散的有機化合物，從表中可看來， VOCs來源于生產生活中的各個方面，同一個地方也會產生不同 類別、不 同 濃度的VOCs氣體，所以送也在一定程度上增加了VOCs處理的難度。

表1.1 幾類揮發性有機物

表1.2  VOCs常見發生源及其散逸的有機化合物

VOCs大多具有毒性并伴有惡臭，如苯、甲酵、甲苯、氯苯、多環芳烴等有 機物。VOCs的成分比較復雜，它們對人體的危害也非常大，特別是對人的眼 、 鼻及呼吸道有強烈的刺激作用，也會對肺、肝等內臟及神經系統產生特別大的影 響，在濃度較高的情況下，會使人體某些器官和機體的在短時間內發生病變，甚至造成急性中毒，比如頭暈、頭痛、疲倦、無力、胸悶等癥狀，還可影響人體的 消化系統，出現食欲不振、惡心等，嚴重時可損傷肝臟和造血系統，如果影響到大腦和神經系統，就會造成記憶力減退等嚴重后果。即使在較低濃度情況下，時間處于該環境中也會產生慢性中毒，有時會發生致癌、致突變等現象。
由于多數揮發性有機化合物，容易產生易燃易爆等危險情況。VOCs氣體還會對環境產生嚴重的影響，如氟氯烴類和碳氨化合物會導致臭氧層嚴重破壞， 一旦將其排入到大氣中，將會造成大氣平流層上層的臭氧濃度急劇減少，最終導致嚴重的溫室效應。此外，VOCs還是形成光化學煙霧的罪魁禍首之一，大氣 中的碳氨化合物（ＣＨ）、氮氧化合物（ＮＯx）在紫外光作用下，會發生光化學反應進而產生二次污染物，生成光化學臭氧、過氧化氫和PAN等強氧化性氣體 ， 最后形成部分粒狀的硝酸鹽、硫酸鹽與空氣產生凝膠，這就是所謂的光化學煙霧。 光化學煙霧一旦形成，將會對大氣的污染造成很多不良影響，也會對周圍植物造成嚴重的危害，并引起人體強烈的呼吸障礙和呼吸系統疾病，特別是對于抵抗力 較差的老人和小孩將帶來非常大的威脅。

VOCs處理技術分析

VOCs污染不同于一般的大氣污染， 工業上排放的揮發性有機氣體的濃度高低不等，加上其具有大風量的特點，這使得它的治理有別于一般空氣污染 的治理。目前國內外處理VOCs的技術有很多，在VOCs濃度較高的情況下， 一般使用直接燃燒法、吸附法、冷凝法、吸收法等，在濃度相對較低的情況下 ， 一般使用 生物處理技術、膜分離技術、光催化法和催化燃燒法等； 其優劣如表2.1 所示。直接燃燒法適合處理可燃性VOCs含量較高的有機廢氣，而且燃燒后處理的還不完全；吸附法運行費用高、去除效率又比較低，而且容易產生二次污染；冷凝法在理論上可使VOCs氣體達到較高的凈化程度，但是如果要將有機物降到ppm級，處理過程中所需要的費用是非常昂貴的；吸收法一般用于處理濃度較高同時沸點較低的VOCs氣體； 生物處理、膜分離和光催化技術現在大多處于研發階段，去除效率相對較低，從長遠來看有一定的應用前景，但是從現階段來看，運行費用相對來所較高。相對其他處理技術，催化燃燒因其具有 顯著的優點而成為目前最有前景的VOCs處理方法

表2.1 工業上處理VOCs技術優缺點對比

催化劑燃燒技術

近年來隨著對環保與節能的要求日益提髙，催化燃燒技術成為更為有效的處理技術 。 催化燃燒法處理VOCs是向裝有催化劑的反應裝置中通入一定流量的廢氣，然后使得廢氣中有機化合物在較低溫度下氧化分解的一種方法，被氧后 一般分解為Ｈ２０和Ｃ〇２，并釋放大量熱能。

對于催化燃燒來說，一般分為低溫燃燒和高溫燃燒，在低溫燃燒條件下， 會受到多相氧化反應的控制，這是由動力學控制的燃燒反應。在高溫條件下燃燒 ， 從反應動力學的角度出發，VOCs氣體和氧氣擴散速度都會對催化劑上的催化燃燒速度產生重要影響，送屬于內部擴散控制，隨著溫度的進一步上升，VOCs的轉化率有一個上升的過程，但是，在進一步提高燃燒溫度的情況下，VOCs的轉化率就不會再發生改變，此時己經達到一個極限值，送種燃燒的反應速度主要取決于VOCs氣體和氧氣混合物向催化劑表面擴散的速度，在高溫條件下 進行燃燒反應，使催化劑表面的氧化反應加快，進而燃燒速度大大提高。催化燃燒是發生在催化劑表面的完全氧化反應，是典型的氣－固反應，它是一種高效的 清潔技術，比較其它的VOCs處理方法，催化燃燒有以下幾個特點 ： 

1.對于金屬催化劑，特別是對于貴金屬催化劑來說，它的起燃溫度較低，能耗較少； 
2.適用范圍較為廣泛，催化燃燒反應對于有機氣體的去除都是適用的，而且在合適的條件下均會分解完全，所以它的分解也不會受到有機化合物濃度的限制。      
3.處理效率高，有機廢氣的凈化率一般都在上，而且無二次污染，有機廢氣氧化產生二氧化碳和水。催化燃燒技術其實是一種氧化反應，它不同于一般的燃燒反應，所以不會有火焰產生，在能耗方面會有不同程度的降低；此外，由于不會產生二次污染，所以從環護角度考慮，也具有較為明顯的優勢。綜上所述，VOCs催化燃燒技術成為最有前景的VOCs處理方法。

圖3.1 蜂窩陶瓷載體

圖3.2 催化燃燒反應器

催化燃燒實質及催化劑要求

4.1催化燃燒的實質及其優勢
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，它借助催化劑降低了反應的活化能，使其在較低的起燃溫度200~ 300℃下進行無焰燃燒，有機物質氧化發生在固體催化劑表面，同時產生CO2和H2O，并放出大量的熱量，因其氧化反應溫度低，所以大大地抑制了空氣中的N2形成高溫NOx。而且由于催化劑有選擇性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過程，使其多數形成分子氮(N2)。與傳統的火焰燃燒相比,催化燃燒有著很大的優勢:

(1)起燃溫度低，能耗少，燃燒易達穩定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完成氧化反應。
(2)凈化效率高，污染物(如NOx及不完全燃燒產物等)的排放水平較低。
(3)適應氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染，且燃燒緩和，運轉費用低，操作管理也很方便。

4.2催化劑的類型及性能要求
目前國內外主要研究的催化劑基本上有兩大類:一類為貴金屬催化劑，這類催化劑的活性和穩定性好，技術較為成熟，但由于貴金屬價格高，資源短缺，所以，未能將其產業化;另一類為非金屬催化劑，主要集中在過渡金屬氧化物催化劑、復氧化物催化劑(鈣鈦型復氧化物和尖晶石型復氧化物)的研究方面。目前，尋找來源豐富、價格低廉、性能相當的非貴金屬催化劑，以替代傳統的貴金屬催化劑用于催化燃燒過程已成為了研究的一個重要方向。

催化燃燒對催化劑的基本要求是:既能抑制燒結、保持活性物質具有較大的比表面積及良好的熱穩定性，又要具有一定的活性，可起到催化劑活性組分或助催化劑的作用。這在某種程度上是互相矛盾的，因為研究已經證明氧化物的活性和熱穩定性成反比。同時，需有高的機械強度以及對燃料中所含毒素有高的耐腐蝕性。