對(duì)于低濃度大風(fēng)量的VOCs處理，目前采用的技術(shù)是UV光解催化氧化，應(yīng)用該技術(shù)處理廢氣的設(shè)備簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本低，因此成為了中小企業(yè)廢氣處理的基本方法。
UV光解催化凈化原理主要是由光解和光催化氧化技術(shù)組合而成。
光解技術(shù)是利用185nm短波波長(zhǎng)紫外光對(duì)廢氣分子進(jìn)行裂解，打斷分子鏈，同時(shí)光解空氣中的水和氧氣，生成羥基自由基、臭氧等氧化劑氧化去除VOCs；光催化氧化技術(shù)是在設(shè)備中添加納米級(jí)活性材料，在紫外光線的作用下，產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的催化降解功能。由于作為催化劑的TiO2價(jià)格低廉，來源廣泛，對(duì)紫外光吸收率較高，抗光腐蝕穩(wěn)定性和催化活性高，且沒有毒性，對(duì)很多有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附作用，因而成為各類試驗(yàn)研究中常用的光催化劑。
光催化反應(yīng)面臨的問題主要有催化劑失活、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)較小、不可預(yù)測(cè)的反應(yīng)機(jī)理等，同時(shí)濕度能抑制光催化速率，尤其是有機(jī)廢氣濃度較大時(shí)，這種影響更為明顯，因此限制了光催化技術(shù)在處理濕度較大的廢氣方面的應(yīng)用。由于納米材料本身對(duì)有機(jī)物具有氧化作用，納米材料與粘結(jié)劑的耐光催化性、載體的催化活性包括失活后的再生問題及膜的牢固性仍然是光催化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)難題。
臭氧與甲苯在自然狀態(tài)下是不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的。臭氧協(xié)同真空紫外光對(duì)甲苯是有降解效果的。254nm的紫外光可以促進(jìn)臭氧產(chǎn)生氧自由基，從而氧化廢氣分子，臭氧在真空紫外條件下與空氣中的水蒸氣可產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基可氧化甲苯。
以風(fēng)量10000 m3/h，甲苯200mg /m3的廢氣為例，要實(shí)現(xiàn)60%以上降解率，所需的光解部分配置在40根（150W雙波段），光催化部分配置在40根（150W單波段紫外燈）光催化網(wǎng)3-4平米，合計(jì)總功率在12KW。未來不排除通過優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)、提高燈管、光催化網(wǎng)性能等途徑提高單元降解效率的可能。但以目前的技術(shù)水平，12KW應(yīng)該是目前的基本配置。
在濕度合適條件下，光解配合光催化對(duì)甲苯降解率可以達(dá)到65%以上。如果只有光解，降解率能到40%，再增加配置反而降解率下降。如果只有光催化，降解率能到15%，只有光解光催化共同進(jìn)行反應(yīng)，才能到65%以上，說明光解和光催化有協(xié)同效應(yīng)
通過設(shè)備改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，主要從影響UV光催化治理VOCs效率的主要因素UV波長(zhǎng)，起始溫度，初始濃度，相對(duì)濕度，停留時(shí)間，反應(yīng)介質(zhì)等進(jìn)行研究，找到反應(yīng)效率和能耗。
(1) 廢氣濃度的影響：UV光催化治理VOCs適合的應(yīng)用范圍主要包括噴涂車間、印刷、電子、制藥、食品等行業(yè)產(chǎn)生的低濃度有機(jī)廢氣，對(duì)于20-200ppm以下的濃度效果較好，隨著VOCs濃度增高，降解效率也會(huì)隨之降低。
(2) 低相對(duì)濕度的影響：對(duì)于一定的濕度條件下，氧氣吸收了大部分185nm紫外光，但是隨著濕度的進(jìn)一步增加，一部分是水蒸氣與氧氣競(jìng)爭(zhēng)吸收185nm波長(zhǎng)的紫外光，水蒸氣吸收了更多的185nm紫外光，同時(shí)產(chǎn)生更多羥基自由基。水蒸氣與活性氧反應(yīng)生成羥基自由基，羥基自由基的氧化性要強(qiáng)于臭氧和活性氧，從而光解的速度明顯加快，促進(jìn)單位時(shí)間內(nèi)對(duì)于廢氣去除率的增加，試驗(yàn)證明相對(duì)濕度在30-65%這個(gè)范圍，光解效率是上升的，相對(duì)濕度超過70%后隨之逐漸下降。
(3) 風(fēng)速的影響：大量實(shí)驗(yàn)證明風(fēng)速越大，水蒸氣進(jìn)出口的濕度差越小，這也就是說風(fēng)速越大，羥基自由基產(chǎn)生量的值也會(huì)越少。因此在風(fēng)速小的工況下，羥基自由基對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物VOCs的貢獻(xiàn)大，風(fēng)速大的工況下，羥基自由基對(duì)有機(jī)物降解的作用就會(huì)變得十分有限。風(fēng)速也會(huì)影響紫外燈的燈管表面溫度，燈管表面溫度與紫外燈的發(fā)光效率有直接關(guān)系，燈表溫高于某一數(shù)值時(shí)會(huì)直接影響其發(fā)光效率。在設(shè)備測(cè)試中，風(fēng)速在低于2m/s的時(shí)候，反應(yīng)效果較好。在一定的設(shè)備空間內(nèi)，風(fēng)速同時(shí)影響了停留時(shí)間，一般停留時(shí)間增加，廢氣的去除效率有明顯增高。原因是停留時(shí)間增加，185nm紫外光和有機(jī)物碰撞次數(shù)一定增加。當(dāng)停留時(shí)間達(dá)到10s后，延長(zhǎng)停留時(shí)間，廢氣的降解效率增加并不明顯。尤其是在低濃度下，延長(zhǎng)停留時(shí)間并不能等效增加廢氣的去除效率。
在整個(gè)光解光催化箱體中，真正的反應(yīng)區(qū)域只有兩個(gè)，一個(gè)是光解部分的高光功率密度區(qū)域，一個(gè)是光催化部分的催化網(wǎng)界面。其中光解部分要光功率密度足夠高，區(qū)域足夠大，這樣降解能力才足夠。但由于光解主要降解機(jī)理是光激發(fā)分子到激發(fā)態(tài)導(dǎo)致化學(xué)鍵斷斷裂，而不是主要靠臭氧，因此光解部分要根據(jù)污染物成分濃度做相應(yīng)設(shè)計(jì)，實(shí)際上光解區(qū)域的停留時(shí)間并不長(zhǎng)。
光催化實(shí)際反應(yīng)速度較慢，主要是靠高比表面積形成氣-液界面提高反應(yīng)容量，通過高催化活性形成更多的羥基自由基提高反應(yīng)效率。
因此，更重要的是提高光催化反應(yīng)區(qū)域的停留時(shí)間，而不是簡(jiǎn)單增加箱體尺寸！
(4) 光源的影響：目前，一般選擇185nm和254nm兩個(gè)波段的真空紫外燈，但市場(chǎng)上的UV燈管質(zhì)量良莠不齊。
目前，市場(chǎng)上主要的紫外燈都是低壓汞燈（液汞或汞齊燈），發(fā)出紫外線的機(jī)理是利用汞等離子體狀態(tài)的激發(fā)-發(fā)射光，其中185nm和254nm是其特征波譜。
通過對(duì)比185nm和254nm的透過率，燈管材質(zhì)一般選合成石英。
(5) 合理的設(shè)備空間布局和結(jié)構(gòu)：對(duì)于凈化設(shè)備的制造也有一些問題要注意，目前UV光催化治理VOCs設(shè)備的自動(dòng)化程度低，基本還沒有自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控功能，所以對(duì)產(chǎn)品的整體效果不能夠進(jìn)行有效的效率評(píng)估。要合理的處理好催化劑的布置、數(shù)量，要準(zhǔn)確處理好透光性和氣體的流速，要進(jìn)行合理的能量匹配和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，否則，很多設(shè)備的有效去除率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
不同的燈管排布方式
紫外燈的光功率隨距離衰減很快，因此光解部分的紫外燈不能排布太分散，否則光解空間的紫外燈光功率太低，導(dǎo)致降解效率急劇下降。當(dāng)然太密也不行，一方面溫度會(huì)太高，另一方面鎮(zhèn)流器不好放置。建議光解紫外燈間距不應(yīng)該大于10厘米，光催化部分紫外燈間距不大于10厘米，燈到光觸媒網(wǎng)的間距不大于8厘米較好。
