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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date发酵废气处理大风量有机废气净化装置采用蜂窝状活性炭为吸附剂, 结合吸附净化、脱附再生和催化燃烧的原理, 即将大风量、低浓度的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附以达到净化空气的目的, 当活性炭吸附饱和后再用热空气脱附使活性炭得到再生, 脱附出的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧, 有机物被氧化成无害的CO2 和H2O, 燃烧后的热废气又用于对蜂窝状活性炭的脱附再生, 达到废热
2、利用和节能的目的一. 发酵废气处理技术及现状31. 吸收技术32. 吸附技术33. 催化燃烧技术44. 冷凝技术45. 膜分离技术56. 生物降解技术57. 光催化氧化技术58. 臭氧分解技术59. 等离子体法610. 常用 VOCs净化技术比较6二 处理技术72.1 吸附技术72.1.1 吸附剂的选择7（1） 活性炭8（2） 活性炭纤维8（3） 硅胶9（4） 沸石分子筛9（5） 膨润土112.1.2 活性炭吸附工艺122.2 催化燃烧技术142.2.1 催化剂的选择14（1）载体14（2）涂层15（3）活性组分152.1.2 催化燃烧系统172.1.3 催化燃烧催化剂评价体系182.1.4
3、催化燃烧法特点192.3 吸附+催化燃烧技术192.4 低温等离子技术212.4.1 介质阻挡放电222.4.2 电晕放电23（1） 直流电晕放电法23（2） 交流电晕放电法23（3） 脉冲电晕放电法232.4.3 工业化应用存在的问题：25低温等离子体与静电吸附耦合262.5 光催化氧化技术262.5.1 光催化机理与催化工艺262.5.2 光催化剂282.5.3 光催化氧化的特点292.6 低温等离子+光催化氧化技术292.7 膜分离技术312.7.1 膜分离工艺312.7.2 分离膜材料322.8 吸收技术332.9 冷凝技术34附351 活性炭的吸附351.1 活性炭吸脱附过程的影响因
4、素351.2 活性炭的吸附特点362 活性炭的脱附再生372.1 热再生法372.1.1 水蒸气脱附法382.1.2 热空气再生法382.1.3微波加热392.1.4远红外线加热392.1.5直接通电加热392.2 微波/超声波再生法402.3 溶剂置换法402.3.1 药剂洗脱402.3.2 超临界流体412.4 光催化再生法422.5 Fenton再生法432.6 电化学再生法432.7 催化湿式氧化再生法44废水处理脱附再生装置44（1） 多层式44（2） 回转式45（3） 流化床式46（4） 移动床式47结语483 活性炭及部分抗生素发酵废气资料493.1 按活性炭的形状分类493.2
5、 按材质分类493.3 按活性炭的机能分类503.4 活性炭技术指标503.4 影响粒状活性炭应用的主要性质513.5 常用的各种溶剂回收用吸附剂的性质513.6 活性炭对各种有机物质和无机气体的吸附容量533.7 不适合使用活性炭吸附处理的VOCs543.8 气相吸附用活性炭543.8.1 煤质柱状活性炭55煤质活性炭的原料及其对活性炭最终性能的影响55煤质柱状活性炭价格563.9 抗生素类发酵废气56发酵废气处理技术随着现代生物技术迅猛发展，生物发酵制品已成为投资最活跃、发展最快的产业之一。生物发酵药品被广泛应用于临床，为人类健康作出了巨大的贡献。由于生物医药发酵空气用量大，一般为1：0.
6、51.2（VVM），大量未处理尾气排人大气，使部分发酵代谢产物随尾气带出，甚至有特殊难闻气味产生，即其药品成分或中间体浓度在空气中不断升高，反过来对人体及环境产生危害。因此，必须对其发酵尾气进行治理。发酵废气比较复杂，主要为发酵罐废气、发酵菌渣干燥废气、提取储罐废气、发酵液预处理废气和板框过滤的废气、有机溶剂废气、污水站废气。发酵尾气中最主要的是未被利用的空气，还有生产菌在初级代谢和次级代谢中的各种中间物和产物，以及发酵过程中的酸碱废气。在发酵类抗生素生产过程中的废气主要为CO2、水蒸气、及有机挥发物VOCs（Volatile Organic Compounds）。污染源主要为有机溶媒废气，主
7、要有氯化氢以及溶剂（丁酯、丁醇） 、二氯甲烷、异丙醇等。抗生素发酵废气排放的特点是：风量大、高温高湿、含尘量，多组分、以混合物的形式排放，常含有酸性气体、普通有机物和恶臭气体。排放的VOCs一般都含有丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、正丙醇、二氯甲烷、四氢呋喃类、醚类等。一. 发酵废气处理技术及现状1. 吸收技术吸收技术是使用易挥发或不挥发的液体作为吸收剂，利用VOCs中不同气体在吸收剂中的溶解度不同，使有害气体被吸收，从而达到净化废气的目的。常用于处理高湿度(50%)VOCs气流。该法的处理浓度范围为500-5000ppm，效率高达95%98%，但投资较大，设计困难，应用较少。2. 吸
8、附技术利用吸附剂发达的多孔结构对有机废气中VOCs的吸附作用来达到分离有害污染物的一种技术。在目前应用的吸附剂中，活性炭性能最好，应用最广，比其它商业可用的吸附剂，如：沸石、分子筛、活性氧化铝、多孔黏土、吸附树脂、矿石和硅胶等，有更大的吸/脱附容量和更快的吸附动力学性能。活性炭主要有三种类型即粉末状活性炭（Powdered Activated Carbon，PAC）、颗粒状活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）和活性炭纤维（Activated Carbon Fiber，ACF）。活性炭吸附技术主要分为变压吸附（PSA）和变温吸附（TSA）。变压吸附可以实现循环操作
9、，具有自动化程度高、能耗低、安全的优点，但变压吸附需要不断加压、减压或抽真空，操作频繁，对设备要求高，能耗巨大，多用于高档的溶剂回收。固定床变温吸附法，具有回收效率高，设备简单，工艺相对成熟等优点。吸附法的缺点是设备庞大，流程复杂，吸附剂需要再生。活性炭吸附法最适于处理VOCs浓度为300-5000ppm的有机废气，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等；活性炭纤维吸附低浓度以至痕量的吸附质时更有效，可用于回收苯乙烯和丙烯腈等，但费用较活性炭吸附法高。3. 催化燃烧技术催化燃烧技术指借助催化剂将 VOCs在低点燃温度下（ 200300）进行无焰燃烧，
10、废气被氧化为 CO2和 H2O。该技术处理有机废气的效率能达到 90-99%，且能量消耗少、燃烧温度低、不易带来二次污染、运行周期长，可回收热量，适合处理低浓度的和成分复杂的 VOCs。但使用的催化剂大多数是铂、钯等贵金属，以三氧化二铝作为载体，而贵金属价格昂贵，易中毒，而且当净化低浓度的有机废气时需要加入辅助燃料助燃，导致费用增加。现在正在研究开发新型的稀土催化剂以节省贵金属。4. 冷凝技术冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸气状态的VOCs冷凝并从废气中分离出来的过程。特别适用于处理VOCs浓度在100
11、00ppm以上的较高浓度的有机蒸气，VOCs的去除率与其初始浓度和冷却温度有关。在给定的温度下，VOCs的初始浓度越大，VOCs的去除率越高。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当浓度低于几个ppm时，须采取进一步的冷冻措施，使运行成本大大提高，所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法（如吸附法、焚烧法和使用溶剂吸收）净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物。5. 膜分离技术利用有机气体分子与空气透过膜的能力不相同而将二者分开。该技术适合于流量小、浓度高和有较高回收价值的有机溶剂。对废气中有机物质的回收率较高，过程简单，能耗低，不会带来二次污染问题。但是该技术对膜材
12、料的要求很高，用单级膜往往分离程度较低，无法满足工程实际需要，用多级膜则会大大增加投资成本，限制了该技术的推广。6. 生物降解技术生物降解技术最早应用于脱臭，近年来逐渐发展成为VOCs的新型污染控制技术。该技术中，含有VOCs的废气由湿度控制器进行加湿后通过生物滤床的布气板，沿滤料均匀向上移动，在停留时间内，气相物质通过平流效应、扩散效应、吸附等综合作用，进入包围在滤料表面的活性生物层，与生物层内的微生物发生好氧反应，进行生物降解，最终生成CO2和H2O。生物降解法设备简单，运行维护费用低，无二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物可降解性好的气态污染物时更显其经济性。体积大和停留时间长是生物法
13、的主要问题，同时该法对成分复杂的废气或难以降解的VOCs去除效果较差。已被试验证明可此技术去除的有机物包括：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、 2-乙基己醇、丙烷、异戊烷、己烷、丁醛、丙酮、甲基乙基酮、乙酸丁酯、二乙胺、三乙胺、二甲基二硫化物、甲硫醇、二甲硫、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等。7. 光催化氧化技术所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。可以在常温下进行，节约成本，只能处理低浓度的有机废气，催化剂也容易失活，对不能吸收光子的污染物质效果差，对于成分复杂的废气
14、无法达到预期处理效果。已被试验证明可用光催化氧化法去除的医药发酵有机物包括：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、2-乙基己醇、丙烷、异戊烷、己烷、丁醛、甲基乙基酮、乙酸丁酯、二乙胺、三乙胺、二甲基二硫化物、甲硫醇、二甲硫、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等。8. 臭氧分解技术臭氧在UV光子照射下产生羟基自由基，将有机挥发物 VOCs分解成低分子化合物、二氧化碳和水，达到无污染排放的目的。该技术操作简单易行。已处理的废气：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物 H2S、VOCs类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降
15、解转变成低分子化合物，如 CO2、H2O等。9. 等离子体法当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。有机化合物最终产物为 CO2、CO和 H2O。若有机物是氯代物，则产物应加上氯化物，而无中间副产物。降低了有机物的毒性，同时避免了其他方法中的后期处理问题。适于处理风量大、组分复杂的 VOCs气体，特别适用于恶臭气体的处理。等离子体按粒子温度可分为平衡态（电子温度=离子温度）与非平衡态（电子温度离子温度）两类。非平衡态等离子体电
16、子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电（在去除废气中的油尘上应用已相当成熟）和介质阻挡放电（用于废气中难降解物质的去除）两种。等离子体法的优点是处理 VOCs浓度范围广，去除率高，无二次污染，但是单位处理量降解能耗偏高，并且装置放大受反应器结构限制，目前较多协同催化、吸附等方法处理 VOCs。回收技术和销毁技术具有其各自的特点，一般来说回收技术主要用来处理高浓度（5000mg/m3）的有机废气，销毁技术主要处理低浓度（1000mg/m3）的有机废气。现在对大气环境保护的日益重视
17、，有可能产生二次污染的处理方法已逐渐被淘汰。实际工程中，一般根据废气浓度采用组合净化技术。针对发酵类抗生素排放废气的特点可采用：吸附+催化燃烧技术，吸附+等离子体技术，等离子体+水吸净化技术、等离子体+光催化氧化技术等。10. 常用 VOCs净化技术比较净化技术主体设备类型优点缺点适用范围吸附法固定床吸附器移动床吸附器流化床吸收器1、 可回收有机溶剂2、 净化效率高3、 系统运行稳定，操作维修方便4、 运行费用低1、 进气需要预处理2、 活性炭饱和后需要再生3、 设备庞大，占地面积大适用于大风量，温度低于50，浓度小于5000mg/m3的VOCs燃烧法直接燃烧催化燃烧热力燃烧蓄热燃烧1、设备简
18、单，投资少，操作方便，占地面积少2、可回用利用热能3、 净化彻底4、催化燃烧的起燃温度低1、催化燃烧的催化剂成本高2、有燃烧爆炸的危险3、热力燃烧需消耗燃料4、不能回收有价值原料适用于小风量，高浓度、高热值的VOCs，浓度可达（1000-10000mg/m3）冷凝法表面冷凝器接触冷凝器1、 设备及操作简单2、 回收的物质纯净3、投资及运行费用低1、 净化效率不高2、设备较庞大3、净化后不能达标，需设后处理工艺适用高浓度VOCs，温度低于100，可回收有机溶剂吸收法填料塔湍球塔板式塔喷淋塔1、运行稳定，操作管理方便2、流程简单，运行费用低3、净化效率高1、吸收剂后处理费用大2、对有机组分选择性大
19、3、易产生二次污染4、柴油、汽油等作吸收剂存在安全隐患适用于各种浓度，温度低于100的VOCs生物法生物洗涤塔生物滴滤塔生物过滤塔1、设备简单，可连续运行2、无二次污染3、运行成本低，操作方便1、培养菌种时间长2、需连续不间断运行适用中低浓度，大风量，可生物降解VOCs二 处理技术VOC有机废气处理：活性碳吸附效率中，先期投入小，更换活性炭费用高，废碳处理麻烦；光解催化效率高，先期投入中，不使用耗材；对含CHO分子结构的有机废气处理效果最佳废气焚烧炉效果最高，先期投入极高，能源消耗极高；水喷淋稀释+溶剂中和反应效率低，先期投入小，运行费用少，处理废水难度大，环评过不了；水稀释不建议用；只是为了
20、应付环保局临时检查建议用活性炭装置。想要长期使用不想让百姓投诉建议用光解催化的，如果是超大型国企建议用焚烧炉。2.1 吸附技术吸附法主要适用于低浓度、高通量有机废气；能量消耗比较小，处理效率高，而且可以彻底净化有害有机废气。但是这种方法也存在一定缺陷，它需要的设备体积比较庞大，而且工艺流程比较复杂；如果废气中有大量杂质，则容易导致工作人员中毒。所以，使用此方法处理废气的关键在于吸附剂。2.1.1 吸附剂的选择根据吸附对象的不同，可选用的吸附剂有活性炭，浸渍活性炭，活性氧化铝，浸渍活性氧化铝，硅胶、分子筛，泥煤、褐煤、风化煤，浸渍泥煤、褐煤、风化煤，焦炭粉粒，白云石粉，蚯蚓类。但用于工业的吸附剂
21、应能满足如下要求：（1） 比表面积和孔隙率大；（2） 吸附能力强；（3） 选择性好；（4） 具有一定的颗粒度，较好的机械强度、化学稳定性和热稳定性；使用寿命长，价格低廉，原料来源充足。除了以上的要求外，还应考虑吸附质的性质、吸附质分子的大小、吸附质浓度，以及净化要求、吸附剂来源等因素。（1） 活性炭活性炭是目前在工业废气、废水处理中普遍采用的吸附剂材料。目前关于活性炭有两个研究热点：一是开发具有特殊性能的活性炭，如纤维活性炭和木质活性炭；二是对活性炭进行改性，调整孔隙结构，提高对特定吸附质的吸附能力或降低脱附要求。常用的活性炭改性方法有氧化、还原、负载杂原子和化合物等。采用H2O2和浓HNO3
22、对椰壳活性炭进行湿式氧化，可增强椰壳活性炭对苯的吸附能力。通过强酸和强碱对净化活性炭进行改性，可提高其对挥发性有机化合物的选择吸附性。用高沸点物质处理活性炭，降低了活性炭对脱附条件的要求。（2） 活性炭纤维活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭和颗粒活性炭之后的第三代活性炭材料，与传统的碳材料（特别是纤维活性炭）有本质上的区别，它是由有机纤维经过碳化和活化得到。根据生产中前驱体的不同，ACF主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯睛基ACF（PA-ACF）、沥青基ACF（pitch-ACF），此外，还有聚乙烯醇基ACF和木质素ACF等。说明吸附特性最重要的参数是比表面积，比表面积越高，吸附能力越
23、大，其中微孔起到很重要的作用。活性碳纤维70微孔（活性炭仅10)，比表面达2000m2/g（粉尘状活性碳为1000-1200m2/g）。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，使得其一问世就得到人们广泛的关注和深入的研究。活性炭纤维超过50的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它是一种典型的微孔炭，孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间。活性炭纤维表面，颗粒在孔径内扩散的阻力小，且ACF对气体的吸附是有效地气相吸附，所以吸附速度很快。同样，在脱附时细纤维的外表面易在加热等条件
24、下进行脱附。ACF和GAC对甲苯吸脱附速度之间的差异，当吸收到10%时，ACF约是GAC速度的4倍。在脱附时，用氮气在150进行脱附，ACF约3分钟就可完全脱附，而GAC只有稍微脱附。采用活性炭纤维和蜂窝状活性炭共装，可减少系统阻力，增大吸附容量。活性碳纤维的微孔结构很发达，比活性炭颗粒更容易吸附和解吸。活性炭纤维比表面积越大，吸附量越大，但是VOCs在极低的浓度条件下，吸附量与比表面积的大小成反比，比表面积小的吸附量反而大。活性炭纤维不仅能吸附有机废气，也能吸附无机气体和无机化合物，如对于无机气体NOx、COx、SO2、H2S、NH3、HF等也有很强的吸附能力。此外，经过氧化铁或臭氧处理，活
25、性炭的吸附性能将会更好，有机废气的处理将会更加安全和有效。（3） 硅胶硅胶是常见的多孔吸附剂，硅胶的骨架（SiO2）是以硅原子为中心、氧原子为顶点的Si-O四面体在空间不太规则地堆积而成的无定形体。堆积时粒子间的空洞即为硅胶的孔隙。无定形体由2-20nm的球形颗粒组成，它们堆积起来就形成了吸附用的硅胶。硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。它的化学组份和物理结构，决定了它具有热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等特点。与活性炭和分子筛吸附剂相比，硅胶的孔径分布比较单一和窄小，由于硅胶表面羟基产生一定的极性，使硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显
26、的选择性。（4） 沸石分子筛天然沸石的形成条件较为复杂，孔道往往较小，吸附量较低，吸附速率较慢，对于大分子VOCs不易处理。沸石材料是非可燃性材料，热稳定度较佳，可吸附气体种类广泛、且适用处理浓度范围值高，并且不会促使VOCs聚合或反应，如果加入一定高矽铝可以减少水气对于去除污染物的干扰，对挥发性有机物的气体有高效率的吸附能力。某些人工沸石对氨、醋酸、乙醛三种气体的吸附率可以高达98。近年来出现的中孔分子筛MCM-41S引人注目，它们的比表面积一般在100-3000m2/g之间，吸附能力较强，孔容较大，热稳定性好，具有很好的应用前景。面临的问题是制备过程需要使用较昂贵的模板剂，这限制了它的大规
27、模应用。为克服此问题，寻求价格低廉的模板剂替代物或研究无模板剂制备中孔材料的新方法已成为这一领域的热点。据报道日本三菱化学研究出无模板剂制备中孔材料的新方法。它不需用模板剂就可以生产孔间距为lnm的中孔硅胶材料，并且能精确调控孔的大小，即通过将主颗粒调至充实，使孔的大小控制在250nm范围内。颗粒的大小和形状也可用该方法调控。新方法生产的材料杂质少，例如它含碱金属杂质比一般方法生产的相应产品少。由于新方法有成本优势，用其生产的中孔材料可找到各种用途，例如用作催化剂、载体、膜片表面改性剂以及用于分离、吸附等。新方法还能使所制备的中孔材料具有高度耐用性，从而能经受各种苛刻条件。沸石、分子筛在空气净
28、化中的研究尚少有报道。天然分子筛在吸附性能和孔隙率方面难以符合要求，限制了它们的广泛使用，人工合成的分子筛能提高吸附性能和控制孔隙率等。全硅介孔分子筛因为具有大孔道、大比表面积、大孔容、高疏水性和表面惰性等优点已经引起广泛关注，被成功地应用在催化、生物及纳米材料等领域。但其在VOCs吸附方面研究较少，MCM-41和SBA-15是目前介孔分子筛的典型代表。黄海凤研究了这两种介孔分子筛，研究系统由VOCs发生器、气体流量控制系统、吸附床等组成。粉末状分子筛经压片，筛分后成型为2030目的颗粒状样品；取1g分子筛样品装入吸附床层，在150下用空气脱附2h，除去分子筛中的水汽和少量有机物；最后使用空气
29、为载气，分为2路，一路气进入VOCs发生器，一路气为稀释气，通过调节2路气的流量和VOCs发生器的温度，来控制进入分子筛的VOCs浓度。吸附容量通过吸附曲线积分计算，并结合称量法得出。2种介孔分子筛适合吸附大分子VOCs，随VOCs分子直径的增大吸附量迅速增加，2种介孔分子筛均适合吸附高浓度VOCs，介孔分子筛对有机分子的脱附温度较低，在150下能够基本脱附完全。（5） 膨润土膨润土又叫膨土岩或斑脱岩，是以蒙脱石（也称微晶高岭石、胶岭石等）为主要成分的粘土岩一蒙脱石粘土岩，是应用最为广泛的非金属矿产之一。膨润土主要由含水的铝硅酸盐矿物组成，主要化学成分是二氧化硅、三氧化铝和水，氧化镁和氧化铁含
30、量有时也较高，此外，钙、钠、钾等碱金属和碱土金属常以不同形式和含量存在于膨润土中，根据交换性钠离子和钙离子含量分为钠基膨润土和钙基膨润土等。膨润土最突出的性质是吸湿膨胀性和离子交换性，吸附水或有机物之后，底面间距d001增大，导致体积膨胀，能吸附八至十五倍于自己的体积的水量，吸水膨胀，能膨胀数倍至三十余倍。有很强的离子交换能力，阳离子交换容量为50-150mmo1/l00g，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达五倍于自身重量。蒙脱石结构图利用膨润土为代表的粘土矿物的层间化学活性，通过离子交换等方式把一些化合物引入层间域，形成分子级别的支柱，制成的一类孔径大、分布规则的新型
31、分子水平复合材料，具有吸附、转化有机分子的特点。粘土矿物种类繁多，支柱化合物的可调性，改性后的粘土材料孔径大小、吸附性质等可以人为加以控制，因此可以根据用途的不同来进行材料制备，在石油化工、环境保护等诸多领域有广泛应用前景。膨润土用于气体处理一般有以下形式：1）直接用作气体吸附剂。粘土原土外表面积较小，气体分子很难进入内表面。非极性气体分子是不能进入粘土原土层间而被吸附的，团此非极性气体分子的吸附主要发生在外表面上。而膨润土有效表面积主要来自内表面积，内表面由于有很强的亲水性，大多为水分子所占据，故吸附量很小。能直接应用于气体吸附的主要是海泡石、坡缕石等表面积相对较大的粘土矿物，可作为环境除臭
32、剂、烟草过滤剂等；2）改性制成有机膨润土后作为气体吸附剂；3）经无机多核离子插层处理形成柱撑粘土（PILCs）应用于气体吸附；4）以膨润土为主要前驱体合成中孔吸附材料应用于气体吸附；5）以膨润土为基体或吸附组分制成混合空气净化剂或气体分离吸附剂。2.1.2 活性炭吸附工艺吸附VOC工艺有变压吸附（PSA）、变温吸附（TSA）以及两者联用的变温-变压吸附法（TPSA）。变压吸附（PSA）分离气体的基本原理是利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附量随压力变化的特性，通过改变压力实现吸附与解吸过程的交替进行，在加压条件下完成混合气体分离的过程，降压条件下解吸所吸附的组分，
33、从而实现气体分离以及吸附剂循环使用的目的。变压吸附过程基本循环步骤包括：原料气升压、高压吸附、释放卸压和低压清洗或抽真空脱附，常用的PSA过程都是在此基础上的改进，只是步骤的序列及实现方式不同。典型吸附装置的工艺流程图变温吸附在常温下或低温下吸附希望被吸附的物质，在高温下使被吸附物质解析，同时实现吸附剂的再生，随后再降温到吸附温度，进入下一循环。变温吸附是最早实现工业化的吸附循环工艺，一般包含吸附、加热再生和冷吹三个步骤。对于一些特殊的变温吸附工艺过程，有可能需要增加吸附剂的干燥步骤。由于吸附床层加热和冷却过程比较缓慢，因此变温吸附的循环时间较长，从数小时到数天不等。吸附VOCs工艺的比较如下
34、表所示。活性炭纤维有机废气吸附回收装置，以2-3个组合型BTP环式吸附器为主体设计而成的吸附回收系统。吸附箱是整个装置的核心，所有吸附-脱附-再生工序均在吸附箱内完成。其他系统包括废气系统、蒸汽脱附系统、冷凝回收系统、干燥系统和自动控制系统。活性炭纤维有机废气吸附回收装置示意图实践证明，用此装置回收有机废气，回收效率可达到92%-98%。以该装置处理某厂生产过程中产生的含二氯甲烷废气为例，两年多来，装置的运行状况一直良好，吸附效率一直保持在97%以上。与传统的颗粒活性炭吸附装置相比，装置具有气体流通面积大、阻力小、传热效果好等优点。活性炭吸附法处理工业废气他是前期投资小，运行不稳定，饱和后期运
35、行成本高；要求待处理的废气有较低的温度和含尘量。活性炭吸附法与其他处理方法联用，出现了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、Habberer工艺、活性炭-硅藻土法等，使活性炭的吸附周期明显延长，用量减少，处理效果和范围大幅度提高。2.2 催化燃烧技术催化燃烧是把有机废气加热到启燃温度，在催化剂的作用下进行无焰燃烧，生成二氧化碳和水并释放大量热量。2.2.1 催化剂的选择催化燃烧催化剂为固体催化剂，由载体、涂层和活性组分三部分组成。下面就从这三个方面分别加以阐述。（1）载体载体除了分散活性组分，也具有调节催化性能的作用。尤其是载体表面的酸性中心具有活化VOCs的作用。由于A12O3比表面大，且具有
36、催化作用所需要的孔结构，因此被广泛用作各类催化剂的载体。但是，氧化铝存在压力降和热容大、耐热性差、强度低并易破碎等缺点，而且在高温环境下，会转变成热力学上稳定的-Al2O3，从而导致催化剂活性下降。此外A12O3容易与过渡金属组分生成铝酸盐，这也是目前很难克服的问题。金属合金载体是70年代末出现的，主要有FeCrAl、NiCr和FeMow等三类合金。从加工和经济价值等综合考虑，FeCrAl是最有应用前景的合金。大量的研究表明，FeCrAl合金具有较好的高温抗氧化性，主要是由于在其表面可选择地形成A12O3膜。金属合金载体的优点为：几何表面积大和较好的几何结构，有利于催化活性物质的吸附；压力降、
37、热容小；具有良好的导热性；机械强度高。主要缺点是载体与涂层材料的膨胀系数差异较大，在使用过程中，由于温度的不断变化，二者之可将产生较大的应力，从而使涂层脱落，缩短催化剂的使用寿命。随着催化剂对活性组分的分散度、热稳定性的要求不断提高，人们逐渐倾向于选用整体型载体，因其常被制成蜂窝状，故又称为蜂窝载体。堇青石蜂窝陶瓷载体（2MgO2Al2O35SiO2），主要由高岭土（A12O32SiO22H2O）、滑石（3MgO4SiO2H2O）和有机粘台剂挤压成型，干燥后再经过高温焙烧制成。由于堇青石蜂窝陶瓷具有热膨胀系数小（1.810-6/）、耐热性好等特性，适合作燃烧催化剂的载体。研究表明堇青石具有很高
38、的热稳定性，蜂窝状结构材料具有流体阻力低和气流分布均匀的特点。因此堇青石蜂窝状载体是一种有效、廉价的气体分布器和催化剂载体。如下为蜂窝状载体结构示意图。蜂窝状载体结构示意图（2）涂层由于蜂窝状堇青石载体是经高温焙烧制得，存在着比表面积小、表面平滑难于固定催化剂活性组分等缺点。因此必须寻求一个在较宽的温度范围内物理化学性质较为稳定、且具有高比表面积的物质作为蜂窝陶瓷的涂层。在整体式催化剂中，陶瓷蜂窝载体只是支撑体，涂层才是催化活性组分的真实载体，又称为陶瓷蜂窝载体催化剂的“第二载体”，所以涂层在催化剂的制备中占有举足轻重的地位，也是影响催化剂寿命及催化活性的重要因素。对于涂层，应该具备以下三个条
39、件：1）与陶瓷蜂窝载体之间的粘结强度高；2）对活性组分的吸附性能好：3）热稳定性好。传统的-Al2O3涂层具有比表面大，易吸附活性组分（H2PdCl4、H2PtCl6等）等优点，因此得到了普遍的应用，是最常用的蜂窝陶瓷涂层。但是由于-Al2O3在高温环境下容易发生相变，转变成热力学上稳定的-Al2O3，引起比表面积的大幅度减小，使得催化剂的活性降低；而且在高温下，涂层容易发生烧结，并且出现裂缝和脱落现象。为改善氧化铝的热稳定性，人们通过添加La2O3、BaO、CeO2基复合氧化物等以抑制氧化铝的烧结及相变。鉴于-A12O3涂层的缺点，人们已经将目光转移到研究新的更合适的VOCs催化剂涂层材料上
40、，如SiO2、TiO2、YSZ（Y稳定的ZrO2）、SnO2、La2O3等。（3）活性组分活性组分是整体式催化剂最核心的组成部分，直接影响催化效果。活性组分有两类：一类是贵金属，如Pt、Pd、Rh等；另一类是非贵金属，如Cu、Cr、Mn等。根据催化剂所使用的活性组分，可将催化剂分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。元素周期表中过渡族元素及第族元素中的贵金属具有催化氧化的性能，它们及其氧化物常被用作催化燃烧催化剂的活性成分，例如钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氧化物及铂、钯、钌等。目前国内催化剂可分为贵金属催化剂、复合氧化物催化剂、稀土元素氧化物等三类。贵金属催化剂起燃温度低，资源稀少，价格昂贵，易
41、中毒；复合氧化物催化剂降低了成本，清除效果也很好；稀土元素氧化物具有助催化作用，能提高催化活性及热稳定性。目前用得最多的是Pt和Pd两种。贵金属催化剂的初始活性很好，主要表现如下：启燃温度低、完全燃烧温度与启燃温度相差很小，即活性随温度上升很快。而且由于Pt和Pd能负载在比表面积相当大的载体上，且能高度分散，所以仅用少量贵金属（0.1-0.5wt）就可以达到好的催化活性。但这类催化剂也存在一些缺点，主要是价格高、资源有限等。一般认为，贵金属催化剂的高活性与活化H2、O2、C-H和O-H键的能力有关联。对于负载型Pd催化剂的失活原因，一般认为有以下几种：载体（如-Al2O3）烧结，形成尖晶石；P
42、d或者PdO烧结及PdO的分解（PdOPd+1/2O2）。与贵金属催化剂相比，过渡金属催化剂的性能主要表现在：启燃温度比贵金属催化剂高；完全燃烧温度（T90）与启燃温度（T10）相差很大，即活性随温度升高上升缓慢。有些催化剂的启燃温度虽然低，但是完全燃烧温度却较高。尽管目前过渡金属氧化物催化剂的热稳定性取得了较大的提高，但是主要问题仍然没有解决。用于VOCs催化燃烧催化剂的非贵金属一般都是化学元素周期表中第四周期的Cr、Mn、Fe、Co、Cu等元素的氧化物。目前研究最多的非贵金属催化剂主要是钙钛矿型催化剂。钙钛矿催化剂都具有钙钛矿（分子式为ABO3）结构。A多为La，B多为Fe、Co、Mn等过
43、渡金属。催化燃烧催化剂会发生中毒现象。为防止催化剂中毒，可在废气进入反应器前设废气预处理装置，清除废气中粉尘和毒物，并定期进行再生和清洗等。导致催化剂中毒的毒物（抑制剂）主要有磷、铅、秘、砷、锡、汞、亚铁离子、锌、卤素等。催化热破坏处理设备能达到的有机物热破坏效率在9095%之间，稍低于直接火焰燃烧，这是由于废气停留在催化床层填料或催化材料涂层的时间长，降低了催化剂有效表面积从而降低了全面破坏效率。催化剂常只针对特定类型化合物反应，所以催化燃烧的应用在一定程度上受到限制。2.1.2 催化燃烧系统催化燃烧室采用蜂窝陶瓷状为载体的贵金属催化剂，阻力小，活性高。当有机蒸气浓度达到2000 ppm以上
44、时，可维持自燃。贵金属蜂窝状陶瓷载体催化剂比表面积大。余热可回用：余热可返回烘道，降低原烘道中消耗功率，也可作其它方面的热源。催化燃烧技术要求有机废气具有足够高的热值，限制了低浓度（500 2000 mg/h3）有机废气处理方面的应用。流向变换催化燃烧技术结合了蓄热燃烧和催化燃烧的特点，可适用的有机废气浓度范围较常规催化燃烧技术更低，减少辅助燃料的投资，经济性良好。反应塔内装填特制的固态复合填料，填料内部复合催化剂。当废气在引风机的作用下穿过填料层，与通过特制喷嘴化剂在固相填料表面充分接触，并在催化剂的催化作用下，恶臭气体中的污染因子被充分分解。工艺部分主要有催化室、电加热箱、热交换器、风机、
45、电控柜五大部分组成。催化燃烧装置示意图当有机废气进入装置先到热交换器，用催化燃烧后的余热通过热交换器把有机废气温度尽可能的提高，通常升温t=50-60，然后送入电加热箱内，通过电热管加热到启燃温度，一般在200-250。达到温度会自动关闭加热系统，这时就进入催化箱内，进行催化燃烧反应，是有机废气氧化分解成二氧化碳和水，并且释放大量的热量。当有机废气浓度一定量时，产生的余热通过热交换器后升温达到启燃温度，这时催化燃烧装置就达到动态热平衡，大量节省了电功率。2.1.3 催化燃烧催化剂评价体系催化燃烧装置就是把有机废气预热到启燃温度，在催化剂的作用下生成无毒的二氧化碳和水，放出大量的热。催化剂的性能
46、主要参数为：启燃温度、空速指标、抗中毒功能及使用寿命。启燃温度直接影响能耗；空速指标反映催化剂的承受风量指标；抗中毒主要对有毒元素达到一定量的指数，使用寿命反映在同等条件下的使用寿命年限。催化活性测试在常压微型固定床反应器中进行，催化剂用量约300mg。反应气组成（体积百分比）：（1）对于用浸渍法和共沉淀法制备的样品CH4 1%，O2 20%，N2 79%，空速50000ml/g.h。（2）对于用溶胶凝胶法制备的样品CH44%，O217%，其余为N279%，空速6.0104ml/g.h。反应产物用气相色谱仪在线分析，氢火焰（FID）检测，柱温80，Y5分子筛分离柱，柱长2m。催化剂活性用甲烷转
47、化率在10%，50%和90%时所对应的温度T10%，T50%和T90%表示。其中T10%定义为甲烷催化燃烧的启燃温度。具体操作：准确称取定量的催化剂和等量的石英砂，均匀混合后装入直径为=8mm的石英管微型反应器中，催化材料床层高度20mm。通入反应气一定时间达到平衡后，再以4/min速度进行程序升温，考察200-820之间不同温度下的甲烷燃烧催化活性。催化材料活性评价流程图1质量流量计；2混合器；3带加热炉的固定床微型反应器；4温控仪；5热电偶；6除水器；7六通阀；8气相色谱；9数据处理系统2.1.4 催化燃烧法特点催化燃烧法具有如下特点：催化燃烧为无火焰燃烧，安全性好；要求的燃烧温度低，大部分烃类和CO在300-450之间即可完成反应，辅助燃料消耗少；对可燃组分浓度和热值限制较小；对疏水性污染物质有很好的去除率；耐冲击负荷，不易被污染物浓度及温度变化影响；为使催化剂延长使用寿命，不允许废气中含有尘粒和雾滴。优点：一般情况下去除率均在95%以上