（元琛科技）揮發(fā)性有機化合物來源及危害 ：揮發(fā)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(fā)到空氣當(dāng)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(chǎn)生活中，總結(jié)

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(yè)產(chǎn)生的惡臭性氣體。

表中列舉了VOCs的常見發(fā)生源及逸散的有機化合物，從表中可看來， VOCs來源于生產(chǎn)生活中的各個方面，同一個地方也會產(chǎn)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(fā)性有機物

表1.2  VOCs常見發(fā)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(huán)芳烴等有 機物。VOCs的成分比較復(fù)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(nèi)臟及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)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(nèi)發(fā)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(tǒng)，出現(xiàn)食欲不振、惡心等，嚴(yán)重時可損傷肝臟和造血系統(tǒng)，如果影響到大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，就會造成記憶力減退等嚴(yán)重后果。即使在較低濃度情況下，時間處于該環(huán)境中也會產(chǎn)生慢性中毒，有時會發(fā)生致癌、致突變等現(xiàn)象。

由于多數(shù)揮發(fā)性有機化合物，容易產(chǎn)生易燃易爆等危險情況。VOCs氣體還會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如氟氯烴類和碳氨化合物會導(dǎo)致臭氧層嚴(yán)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(dǎo)致嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。此外，VOCs還是形成光化學(xué)煙霧的罪魁禍?zhǔn)字?，大?中的碳氨化合物（ＣＨ）、氮氧化合物（ＮＯx）在紫外光作用下，會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)進而產(chǎn)生二次污染物，生成光化學(xué)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(chǎn)生凝膠，這就是所謂的光化學(xué)煙霧。 光化學(xué)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(yán)重的危害，并引起人體強烈的呼吸障礙和呼吸系統(tǒng)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(shù)分析：VOCs污染不同于一般的大氣污染， 工業(yè)上排放的揮發(fā)性有機氣體的濃度高低不等，加上其具有大風(fēng)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(nèi)外處理VOCs的技術(shù)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(shù)、膜分離技術(shù)、光催化法和催化燃燒法等； 其優(yōu)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(chǎn)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(shù)現(xiàn)在大多處于研發(fā)階段，去除效率相對較低，從長遠來看有一定的應(yīng)用前景，但是從現(xiàn)階段來看，運行費用相對來所較高。相對其他處理技術(shù)，催化燃燒因其具有 顯著的優(yōu)點而成為目前最有前景的VOCs處理方法。

表2.1 工業(yè)上處理VOCs技術(shù)優(yōu)缺點對比

催化劑燃燒技術(shù)：近年來隨著對環(huán)保與節(jié)能的要求日益提髙，催化燃燒技術(shù)成為更為有效的處理技術(shù) 。 催化燃燒法處理VOCs是向裝有催化劑的反應(yīng)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(yīng)的控制，這是由動力學(xué)控制的燃燒反應(yīng)。在高溫條件下燃燒 ， 從反應(yīng)動力學(xué)的角度出發(fā)，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(chǎn)生重要影響，送屬于內(nèi)部擴散控制，隨著溫度的進一步上升，VOCs的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率就不會再發(fā)生改變，此時己經(jīng)達到一個極限值，送種燃燒的反應(yīng)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(yīng)，使催化劑表面的氧化反應(yīng)加快，進而燃燒速度大大提高。催化燃燒是發(fā)生在催化劑表面的完全氧化反應(yīng)，是典型的氣－固反應(yīng)，它是一種高效的 清潔技術(shù)，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(yīng)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(chǎn)生二氧化碳和水。催化燃燒技術(shù)其實是一種氧化反應(yīng)，它不同于一般的燃燒反應(yīng)，所以不會有火焰產(chǎn)生，在能耗方面會有不同程度的降低；此外，由于不會產(chǎn)生二次污染，所以從環(huán)護角度考慮，也具有較為明顯的優(yōu)勢。綜上所述，VOCs催化燃燒技術(shù)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(yīng)器

催化燃燒實質(zhì)及催化劑要求
4.1催化燃燒的實質(zhì)及其優(yōu)勢
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，它借助催化劑降低了反應(yīng)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(zhì)氧化發(fā)生在固體催化劑表面，同時產(chǎn)生CO2和H2O，并放出大量的熱量，因其氧化反應(yīng)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(shù)形成分子氮(N2)。與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比,催化燃燒有著很大的優(yōu)勢:

(1)起燃溫度低，能耗少，燃燒易達穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完成氧化反應(yīng)。
(2)凈化效率高，污染物(如NOx及不完全燃燒產(chǎn)物等)的排放水平較低。
(3)適應(yīng)氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染，且燃燒緩和，運轉(zhuǎn)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(nèi)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(wěn)定性好，技術(shù)較為成熟，但由于貴金屬價格高，資源短缺，所以，未能將其產(chǎn)業(yè)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(fù)氧化物催化劑(鈣鈦型復(fù)氧化物和尖晶石型復(fù)氧化物)的研究方面。目前，尋找來源豐富、價格低廉、性能相當(dāng)?shù)姆琴F金屬催化劑，以替代傳統(tǒng)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。

（元琛科技）催化燃燒對催化劑的基本要求是:既能抑制燒結(jié)、保持活性物質(zhì)具有較大的比表面積及良好的熱穩(wěn)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(jīng)證明氧化物的活性和熱穩(wěn)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。