文献综述

1.1 课题背景

挥发性有机物(VOCs)是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20 ℃条件下蒸汽压大于或者等于10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物^[1]。目前，VOCs已经成为继SOx和NOx后最主要的大气污染物^[2,3]，其主要产生于石油化工、涂料、制药、橡胶等生产过程，以及印刷、烤漆、电子元器件的脱脂、胶片织物涂层等工艺过程^[4]。其中，含氮VOCs(N-VOCs)是指分子中含有氮元素的挥发性有机物，主要包括胺类化合物、硝基类化合物、腈类化合物和酞胺类化合物等。N-VOCs通常具有恶臭性气味，对眼、鼻、咽喉等具有刺激作用，以蒸汽的形式被人体吸入或者通过皮肤接触进入人体，具有致癌作用和生殖毒性等^[5]。所以，对于N-VOCs的净化处理是必不可少。

1.2 VOCs处理技术

对于VOCs的净化处理，通常可以采用吸附^[6]、吸收^[7]以及冷凝^[8]等方法进行回收利用。

吸附法是利用比表面积非常大的粒状活性炭、炭纤维、沸石等吸附剂的多孔结构，将VOCs分子截留。当废气通过吸附床时，VOCs就被吸附在孔内，使气体得到净化。吸附过程常采用两个吸附器，一个吸附时另一个脱附再生，以保证过程的连续性。经吸附器吸附后的气体，直接排出系统。脱附采用水蒸汽作为脱附剂，蒸汽将吸附在炭表面的VOCs脱附并带出吸附器，通过冷凝和蒸馏，将VOCs提纯和回收。该方法适用于处理中低浓度VOCs，吸附效果取决于吸附性质，VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素，具有去除效率高的优点，但存在投资较高、运行费用高且易产生二次污染的缺陷。

吸收法是利用VOCs的物理和化学性质，使用液体吸收剂与其直接接触而将其转移到吸收剂中。通常的吸收为物理吸收，使用的吸收剂常为柴油、煤油、水和其它溶剂。任何可溶解于吸附剂的有机物均可以从气相转移到液相中，然后对吸收液进行处理。吸收装置种类很多，如喷淋塔、填充塔、各类洗涤器、气泡塔和筛板塔等。考虑到吸收效率，设备本身阻力以及操作难易程度选择塔器种类，有时可选择多级联合吸收。

冷凝法是最简单的回收方法，它是将废气冷却到低于有机物的露点温度，使有机物冷凝成液滴而从气体中分离出来。通常使用的冷却介质主要有冷水、冷冻盐水和液氨。通常该技术仅用于VOCs含量高百分之几、气体量较小的有机废气的回收处理。其回收率与有机物的沸点有关，沸点较高时，回收率高沸点较低时，回收效果不好。由于大部分VOCs是易燃、易爆气体，受到爆炸极限的限制，气体中的VOCs含量不会太高，所以，要达到较高的回收率，需采用很低温度的冷凝介质或采用高压措施，这些都势必会增加设备投资和提高处理成本，而且在通常的操作条件下，由于相平衡的制约，有机物蒸汽压较高，故离开冷凝器的排气中的VOCs含量仍不能达到排放标准，因此，该技术一般是作为一级处理技术并与其它技术结合使用。

对于浓度较高且组分单一的N-VOCs可以采用以上方法回收利用。然而大多数工业排放的N-VOCs，其浓度通常较低，成分也较为复杂，且回收利用价值不大，因此采用破坏技术处理是较为可行的方法。相较于生物降解法、光催化法和直接焚烧技术，催化燃烧技术具有高效、节能和环境友好等特点^[9]。催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中的有机物质在较低温度下氧化分解的方法。与常规VOCs不同，N-VOCs包含氮元素，催化降解的最终产物除了CO₂和H₂O之外，还会有N₂和NO_x等含氮物质生成^[10]。因此，在N-VOCs氧化过程如何提高N₂的选择性、抑制NO_x的生成，避免造成二次污染，是N-VOCs催化燃烧技术的研究重点和难点。

1.3 钙钛矿复合氧化物催化剂(PTO)