消灭油烟中VOCs有机物——低温等离子催化氧化法

近些年，针对油烟中 VOCs 气体的净化技术发展较快， 今天就来介绍一下一种热门处理方法——低温等离子催化氧化法。
1、基本概念
低温等离子体净化技术是使气体分子发生电离，产生更多的活性因子、羟基自由基、氧负自由基等来降解油烟污染物。但是很多研究表明，单独低温等离子体技术虽然能净化 CFPM 和 VOCs，但是容易产生臭氧、氮氧化合物、有机副产物等，造成二次污染，还有部分在反应过程中产生黄褐色的焦状物质副产物，这会增加低温等离子体的能耗，使低温等离子体净化效率降低。因此，将低温等离子体技术和催化剂相结合，能显著提升反应速率和CO2选择性，减少副产物，研究也最为广泛。与高温催化氧化法相比，低温等离子体-催化氧化法可以在大气压和室温下进行，成本低廉、简单可控、易于放大，且同时对 CFPM和VOCs有净化效果，因而备受关注。

图 1 不同温度下等离子体催化氧化的关键反应途径示意图
温度（蓝色箭头低于700K；黄色箭头700-1050K；红色箭头高于1050K）。
e：高能电子，*：电子激发或电离的分子；e：高能电子或电离的分子；v：振动激发的分子。
优缺点
优点：低温等离子体-催化氧化法简单方便，可在室温条件下进行，在消除油烟的同时，也可消除异味；
缺点：容易产生臭氧、氮氧化合物以及污染物中间体等造成二次污染。
2、研究现状
将DBD（介质阻挡放电）与锰基催化剂相结合是目前报道较多的一种低温等离子体-催化氧化技术。向东等采用DBD协同 MnOx／SBA-15 催化剂去除油烟中的正己醛，对油烟中的正己醛的净化达到效率为 99%；结果表明，放电过程中产生的臭氧在催化剂表面分解形成的活性氧物种以及电离产生的羟基自由基，既强化了正己醛的完全氧化，并提高了CO2选择性。
陈春雨等也研究了 DBD 协同γ-Al2O3催化剂去除低浓度正己醛。在 80℃下、放电功率为2.8W时、干燥空气气氛中，DBD与γ-Al2O3协同作用下，对0.12%正己醛的净化效率为87.1%，而在DBD结合7.5% MnOx/γ-Al2O3的作用下，0.12%正己醛净化效率达到96.5%。也有研究将天然丝光沸石和低温等离子体结合，在降解正己醛时也体现了非常好的活性和稳定性。
Yao等则研究了Co-Mn固溶体作为催化剂时，等离子体-催化系统对烹饪油烟中的己醛的净化效果。DBD与催化剂的组合显著增加了己醛去除率，并抑制了等离子体副产物的形成。去除己醛的过程包括电子碰撞引起的直接分解和催化剂表面的中间体与气相活性物质的反应。结果表明，柠檬酸法制备的Co-Mn（9/1）表现出最好的催化活性，对己醛的去除效果最好，并显著提高了CO2的选择性；这归因于其具有更小的粒径、更大的表面积、更高的表面储氧能力和更多的氧化位点、较高的氧化还原能力。氧化过程中，由催化剂表面吸附的臭氧解离引发，产生O原子等活性物种，如方程式（1~3）所示，其中*表示催化剂上的活性位点。

图 2 DBD 去除 COFs 中（a）PM10和有机化合物（b）的反应机理示意图
结合之前介绍过的高温催化氧化法，两种方法在处理油烟中VOCs上各有千秋。具体工艺还是要根据实际案例需求（例如：反应温度、反应器阻力、停留时间、能耗等）来进行选择。
来源：VOCs前沿