译文 | 一阶段和两阶段等离子体催化体系VOCs去除技术综述
一阶段和两阶段等离子体催化体系
VOCs去除技术综述
Hsin Liang Chen, How Ming Lee, Shiaw Huei Chen,
Moo Been Chang, ShengJen Yu, Shou Nan Li
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挥发性有机化合物（VOCs）的控制已成为一个重要的课题。等离子体催化技术，结合了催化技术的高选择性以及低温等离子体技术的快速点火/响应优势，在VOCs的降解领域表现出巨大的潜力。等离子体催化技术包括一阶段等离子体催化技术（SPC）和两阶段等离子体催化技术（TPC）。在SPC中，催化剂床位于等离子反应器内部，等离子体和催化剂在一个阶段内完成对VOCs的降解；在TPC中，催化床位于等离子反应器外部，等离子体和催化剂需要在两个阶段分别完成对VOCs的降解。本文全面介绍了SPC和TPC在VOCs降解方面的性能强化机制、应用现状及适用领域。
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SPC性能强化机制可以从催化剂对等离子体VOCs去除性能的影响以及等离子体放电对催化反应的影响两方面阐述。添加催化剂后，等离子体反应器内形成填料床，使得平均电场增加，加速了电子轰击裂解和电离反应，提高了VOCs去除效率。同时，催化剂的添加能扩大等离子体放电区域，增加活化粒子浓度，提高等离子体化学反应速率，从而强化了VOCs的去除。另外，VOCs还可能吸附在催化剂表面，使得其去除效率提高。等离子体放电也能对催化反应产生影响。等离子体放电使得部分气体反应物由基态转化为激发态，提高了催化反应的活性。同时，等离子体放电发生在催化剂表面，使得催化剂性能受到影响，表现为金属分散度增高、抗焦炭形成能力增强、持久性增加、反应活性增强。另外，等离子体放电所需电压贯穿催化剂，使得催化剂表面功函数增加，催化活性增加。
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在TPC中，等离子体反应器可以置于催化剂床前端或后端，分别用作等离子体预处理和后处理。前者应用更为广泛，其性能强化机制相较于SPC更为简单。等离子体产生的活性粒子，由于高的反应活性和短的寿命，大部分会在到达催化剂床前消失。因此，等离子体主要通过改变催化剂床的进气成分，即通过增加具有化学活性的粒子来丰富气体流或将VOCs预转化为易于催化降解的物质，强化VOCs的去除。
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催化剂在SPC和TPC中均发挥重要作用。尤其对SPC，不合适的活性粒子附着在催化载体上会降低VOCs的去除效率。到目前为止, SPC中催化剂的选择尚无明确结论；而对于TPC，MnO2似乎是催化剂的最好选择，这是由于MnO2可以有效地分解臭氧，生成活性粒子有利于VOCs的减排。从不同来源的VOCs浓度以及SPC和TPC的特点考虑，SPC更适于工业气体VOCs的净化，而TPC更适于室内气体VOCs的净化。由于更高的能源利用率和更好的选择性，等离子体催化技术被认为是下一代削减VOCs的主流低温等离子体技术。
刘洋译自Removalof volatile organic compounds by single-stage and two-stage plasma catalysissystems: A review of the performance enhancement mechanisms, current status,and suitable applications.《Environmental Science & Technology》, 2009, 43: 2216-2227.
编辑：吴博文
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