“煤全生命周期中VOCs防治理論與技術“專題

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“煤全生命周期中VOCs防治理論與技術“專題

來源：潔凈煤技術

行業視野: 煤化工
類別; 51個
關鍵詞; 46位
專家; 13篇
論文; 452IP
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《潔凈煤技術》2022年第2期封面

作者(Author)：《潔凈煤技術》

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潔凈煤技術

2022年第02期

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《潔凈煤技術》2022年第2期客座主編致讀者

作者(Author)：惠世恩

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2022年第02期

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《潔凈煤技術》2022年第2期目次

作者(Author)：《潔凈煤技術》

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2022年第02期

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活性炭負載TiO2吸附與光催化降解甲醛研究進展

作者(Author)：惠世恩, 朱新偉, 王登輝, 劉長春

摘要：甲醛污染日益嚴重，有效降解甲醛是亟需解決的現實問題。以生物質材料、不同變質程度的煤、石油焦等為原料制得的活性炭具有比表面積大、吸附效率高等優點，在吸附、分離甲醛污染物方面具有顯著優勢。綜述了活性炭吸附機理及改性機理、TiO2光催化反應原理、提高光催化活性的途徑、TiO2負載等，分析比較了活性炭和TiO2/AC對甲醛的吸附降解性能，并對活性炭改性、TiO2/AC吸附-光催化的未來方向進行了展望?；钚蕴恳晕锢砦綖橹?，在一定壓力、溫度條件下會發生脫附，造成二次污染。通過酸化改性可改變活性炭的孔徑分布和表面酸性官能團含量，將物理吸附轉變為物理-化學聯合吸附，可有效提高甲醛分子在活性炭表面的吸附。除了活性炭吸附甲醛外，TiO2無毒無害、安全綠色、光催化效率較高，是公認的較理想光催化降解甲醛等污染物的材料，根據TiO2光催化原理，通過—OH和—O-2兩種氧化能力極強的活性物種，甲醛等污染物能被催化降解為CO2、H2O或其他無機小分子。然而，TiO2量子效率低、可見光吸收范圍窄、重復利用率低等問題限制其大規模工業應用。金屬離子摻雜進TiO2后形成電子、空穴的淺捕獲勢阱，非金屬陰離子取代TiO2氧位后，改變結構的畸變程度，一定程度上減少了電子-空穴對的復合。通過復合敏化可將禁帶寬度不同的半導體組合形成一個異質結，拓寬復合催化劑的光譜響應范圍。將TiO2負載在活性炭上制得TiO2/AC吸附催化協同材料，有利于解決催化劑難以回收利用的問題，通過活性炭對甲醛的吸附與濃縮，為光催化提供良好的反應環境，提高降解速率。通過控制活化與炭化過程，開發出具有特異吸附能力的活性炭；隨著對TiO2機理的深入探究，制備去除效率高、吸附容量大、能耗低、具有選擇性的TiO2/AC材料，提升吸附催化協同材料的制備水平，有利于實現高效清潔降解甲醛的技術目標。

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生物降解疏水性VOCs現狀分析

作者(Author)：方翔, 程凱, 郭冀峰

摘要：隨著社會現代化進程不斷加快，大量揮發性有機化合物（VOCs）排入大氣，嚴重危害生態環境和人體健康，VOCs排放控制與降解引起廣泛關注。近年來，由于生物法降解VOCs具有成本低廉、凈化效率高、操作簡便、無二次污染等優點，研究應用較為廣泛。然而，由于疏水性VOCs從氣相到液相的低傳質，導致生物反應器對VOCs的降解效率較低。從傳質效率、微生物群落種類及填料性能3方面分析了生物降解疏水性VOCs的影響因素，探討了真菌生物的應用、表面活性劑的添加、親水性化合物的利用及新型生物降解技術等疏水性VOCs生物降解效率改進方法，并對未來生物降解疏水性VOCs研究方向進行了展望。改善污染物在生物反應器中的傳質效率尤為重要，未來需加強疏水性VOCs在生物膜中的遷移和降解機理研究。隨著環境變化，如水分減少、pH降低，接種的細菌對VOCs的降解效率下降。而真菌對環境變化耐受力較強。生物反應器中填料會影響微生物的附著和生物膜的形成，從而直接影響VOCs降解效率。選擇和開發合適的填料能為微生物群落的生長、代謝以及生物膜的發育提供良好的生態環境，為反應器長期穩定運行提供保障。真菌具有氣生菌絲的優勢，有助于疏水性VOCs的吸收，從而提高疏水性VOCs的去除率，但目前能降解疏水性VOCs的真菌較少，未來應該致力于開發更多能降解疏水性有機化合物的真菌。表面活性劑可以通過將疏水有機污染物分配到表面活性劑膠束的疏水核心來增加其溶解度，提高疏水性VOCs的傳質效率，相較于傳統的化學表面活性劑，生物表面活性劑環保、毒性小、易生物降解，未來應加大對生物表面活性劑的研究。將親水性化合物與疏水性VOCs混合，不同污染物之間可產生相互作用，提高疏水性VOCs的溶解度和生物利用度，但其機制有待研究。新型生物反應器能解決傳統生物反應器對于疏水性VOCs降解效率較低的難題，如兩相分配生物反應器(TPPBs)、膜生物反應器(MBR)及生物電化學系統(BESs)等，但成本和能耗都較高，需加強相關研究。

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低溫等離子體協同催化技術處理VOCs研究綜述

作者(Author)：韓豐磊, 季純潔, 張子琦, 朱一凡, 李丹丹, 張婷婷, 周碩, 郭雯雯

摘要：針對濃度較低、流量較大的揮發性有機化合物（VOCs）的治理，傳統處理技術在技術和經濟上存在一定局限性，達不到預期結果。而低溫等離子體（Non-Thermal Plasma，NTP）技術在處理VOCs方面具有反應器處理費用少、反應器結構簡單、適用范圍廣、反應條件溫和等優點，近年來受到廣泛關注。單獨等離子體降解VOCs存在O3、NO2、有機副產物眾多等問題，易對環境造成二次污染。低溫等離子體協同催化降解VOCs體系對于提高VOCs降解率、降低反應系統能耗、減少有害副產物產生均有顯著作用。詳細介紹了NTP協同催化降解VOCs技術，總結了NTP協同催化降解VOCs的影響因素、不同催化體系和放電類型對降解率的影響，對等離子體技術降解VOCs機理及低溫等離子體協同催化降解VOCs的機理進行了推斷，并闡述了等離子體技術與催化劑催化在降解VOCs方面產生的協同作用，最后對該技術進行了展望。目前單一處理技術很難滿足VOCs的處理要求，普遍采用多種技術耦合的方式進行處理。近年來學者將低溫等離子體技術與催化技術聯合，對提高VOCs降解率、降低反應系統能耗、減少有害副產物產生均有顯著作用，該技術具有可行性和研究價值。目前研究集中于催化劑與低溫等離子體的復合方式、催化劑種類、工藝參數等因素對污染物的降解效果，研究不深入。等離子體技術仍存在礦化率較低、副產物多等缺點，如等離子體內反應后會產生NOx、臭氧等副產物，形成二次污染。由于氣體放電產生的低溫等離子體中活性自由基種類繁多，降解VOCs的化學反應過程復雜，關于低溫等離子體與催化協同的作用機理還不明確，尤其是等離子體降解VOCs的分子動力學基礎理論還有待進一步研究。因此，應立足本質安全，著眼于工業應用，提出一套適于低溫等離子體協同催化治理VOCs工藝特性的安全評價理論、方法與工具，對整個工藝體系開展全方位的危險性辨識與風險評價，確定可能的安全隱患，并給出改善舉措，最大限度降低工藝流程設計中的不合理選擇與缺陷，從根本上達到安全工業應用的目標。

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煤化工VOCs中苯的靜電紡絲納米纖維吸附研究進展

作者(Author)：馮宇, 武慧恩, 周闖, 張立, 崔洪

摘要：隨著煤化工行業的不斷發展壯大，與煤焦化和煤氣化等核心煤化工過程相伴的污染物排放問題日益突出，其中揮發性有機化合物（VOCs）對我國空氣質量造成了一定影響。作為VOCs的代表之一，苯有毒性且易揮發，嚴重危害人類健康。為清晰了解煤化工VOCs排放控制技術的優化方向和發展現狀，為煤化工VOCs中苯的凈化提供理論儲備，梳理總結了靜電紡絲納米纖維復合材料用于苯吸附凈化過程的相關材料和技術。圍繞目前處理苯的主要技術方法進行分析，指出其在實際應用中存在的問題。重點介紹了吸附法的優點、作用方式、常用吸附劑類型和特點等，并指出選擇合適的吸附劑是VOCs及苯等污染物吸附處理的核心，如何選擇、組合以及提高各類型吸附材料的吸附性能并尋求有效的吸附凈化技術是需要不斷完善的課題。重點介紹了具有多孔結構、可調控、高比表面積特點的納米纖維及其在氣體凈化領域的運用。從納米纖維制備角度闡述了靜電紡絲合成納米纖維復合材料的基本原理、基本過程和研究現狀，結果表明：靜電紡絲設備簡單、加工成本低、可紡原料種類多、過程可控，在制備納米纖維技術中占據絕對優勢。與常規纖維相比，靜電紡絲納米纖維尺寸更小、比表面積更大、孔隙率更高，能夠在氣固反應過程中提供更大的有效反應面積，為活性組分均勻有序分布提供豐富的骨架結構。結合靜電紡絲納米纖維材料凈化VOCs的應用現狀，指出了該領域存在靜電紡絲聚合物納米纖維和碳納米纖維機械強度不足、紡絲液溶劑具有毒性和腐蝕性以及靜電紡絲效率較低等問題。最后，明確了靜電紡絲納米纖維在VOCs和苯吸附凈化領域的發展方向：深入理解并有效預測與控制紡絲過程、加強紡絲材料的功能化擴展以及發掘靜電紡絲的工業化應用潛力等。

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生物炭材料吸附VOCs研究進展

作者(Author)：黃鈺坪, 王登輝, 惠世恩, 劉長春

摘要：揮發性有機化合物（VOCs）因其對生態環境和人類健康的嚴重危害而受到廣泛關注。VOCs處理技術主要有焚燒法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等，其中，吸附法以成本低、效果穩定、吸附劑可再生等優點被認為是一種高效、經濟的處理手段。生物炭是一種綠色環保、廉價易得的炭質吸附材料，近年研究較多。介紹了生物炭基本吸附特性，對比不同制備和改性方法的優劣，重點分析了比表面積、孔隙特性和官能團等因素對生物炭吸附VOCs的影響，討論了生物炭吸附VOCs的機理。生物炭原料來源廣泛，原料種類、含量和成分差異都會影響生物炭的結構性質，從而影響其吸附能力。生物炭具有豐富的官能團和復雜的孔隙結構，一般采用常規熱解方法在適當溫度下制備的生物炭產率較高，結構性能較好?，F階段對生物炭改性效果顯著的方法包括物理改性和化學改性，且生物炭改性后具備很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面積越大，吸附性能越好；孔徑越大，對大分子VOCs吸附更有利，但孔徑遠大于VOCs分子直徑時，分子間吸附減弱；孔徑越小，對小分子VOCs吸附更有利，但孔徑過小也會增加VOCs的擴散阻力。較大的比表面積、適當的孔徑以及針對被吸附VOCs氣體極性進行改性使得生物炭具有較好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的機理主要包括炭化區的吸附和非炭化有機物的分配，炭化溫度小于300 ℃時分配作用為主要作用。比表面積越大，孔隙結構越發達，越有利于物理吸附；化學吸附一般通過生成化學鍵（如氫鍵、π—π鍵）產生作用。多組分VOCs會發生競爭吸附，且吸附親和力較強的氣體會取代吸附親和力弱的氣體。生物炭在相關領域的研究主要集中在實驗室階段，原料運輸以及二次污染等問題使得生物炭吸附在工業上還未有成熟應用。提出未來生物炭吸附VOCs重點研究方向在于開發靶向改性生物炭、新型環保型生物炭復合材料、降低生物炭材料生產成本以及在分子水平上進行模擬研究。

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