有機廢氣多相催化氧化處理及工程應用

1.全面性，本書概述了有機廢氣來源，分類介紹了有機廢氣多相催化氧化技術降解不同廢氣的實驗裝置、實驗方法、影響廢氣降解的因素分析、機理分析，并結合實際應用介紹了在方便面廠油煙處理、燃料電池催化材料廢氣處理、汽車維修噴涂有機廢氣等不同行業的實際應用。 2.先進性，本書梳理了中國、美國、日本、德國等國的有機廢氣治理常規技術和新興技術，全方面地匯總了該技術的前沿分析、學術成果和工程案例，反映了作者在有機廢氣治理領域積累的研究經驗，涵蓋了作者大量已公開和未公開發表的研究成果和實踐工程經驗，具有很強的參考價值。 3.本書研究成果有助于推廣多相催化氧化技術在我國的應用，也可供生產中產生有機廢氣（甲苯）和惡臭氣體（氨）的企業參考，減少工業廢氣污染。

工業生產過程所產生的揮發性有機化合物（VOCs）和惡臭氣體嚴重地威脅環境質量和人體健康，自2010年起，我國政府已經針對VOCs的排放問題相繼出臺了一系列的政策及法規，含有VOCs的有機廢氣的控制問題成了大氣污染防治工作的重要內容。VOCs和惡臭氣體控制治理技術主要包括源頭過程控制技術和末端治理技術。工業源排放的含VOCs有機廢氣具有面廣但分散、排放強度大、濃度波動和組分復雜的特點，且企業受經濟技術水平和資源環境限制，目前末端治理技術仍然不可替代。末端治理技術又可分為可回收技術和銷毀技術兩大類?？苫厥占夹g是通過改變系統溫度、壓力或使用選擇吸收劑、吸附劑和選擇性膜分離技術使有機污染物從廢氣中分離并集中處理的技術；銷毀技術是通過生化反應或化學反應，利用熱、光、催化劑或微生物將廢氣中的有機污染物轉化為水、二氧化碳等無毒小分子物質的技術。在高級氧化法的基礎上發展起來的銷毀型多相催化氧化技術，核心在于利用固相催化劑的催化作用使氧化劑分解產生具有強氧化性的羥基自由基（·OH），從而使污染物的氧化降解更迅速和更徹底。
本書共計10章，凝聚了有機廢氣多相催化氧化處理技術的前沿學術成果和工程實踐案例，從多相催化氧化的基本原理和機理、發生器類型、物理化學特征到有機物降解機理與副產物、工程案例均做了詳細論述。第1章歸納匯總了有機廢氣的基本概念和處理方法，第2～5章介紹多相催化氧化處理有機廢氣的理論研究成果，第6～10章介紹多相催化氧化處理有機廢氣的工業化實踐案例。其中，第2章介紹有機廢氣多相催化氧化處理的技術原理和技術路線，第3章介紹多相催化氧化降解甲苯廢氣的效果和機理，第4章介紹多相催化氧化降解NH3廢氣的效果和機理，第5章介紹多相催化氧化降解甲苯和NH3混合廢氣的效果和過程原理，第6章介紹日用化工污水處理站惡臭廢氣多相催化氧化治理工程，第7章介紹方便面廠油煙廢氣多相催化氧化治理工程，第8章介紹燃料電池催化材料有機廢氣多相催化氧化治理工程，第9章介紹汽車維修噴涂有機廢氣多相催化氧化治理工程，第10章介紹塑料包裝制品廠印刷及注塑有機廢氣多相催化氧化治理工程。
感謝國家自然科學基金（編號：61871409）和浙江大學臺州研究院中試項目（編號：2022ZSS04）的資助，同時感謝宋世煒、陳浩卓、黃裕明、楊小衛、陳磊英、黃云游、朱慧、邱子珂、邱倩虹等人所付出的辛勤勞動。
限于編著者水平及編著時間，書中不足和疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。

杜長明
2023年8月

杜長明，男，1978年生，博士，副教授，碩導。中山大學從事教學和科研工作，歷經助教，講師，副教授。2001年獲熱能工程學士學位，2006年獲浙江大學環境科學與工程博士學位。入選了中國發明協會銀獎(2008)，“珠江科技新星”(2013)，廣東省環境科學學會 “青年科技獎”(2014)，中國環境科學學會“青年科技獎”(2014)。國家科技專家庫專家(2015)，廣州市重大行政決策論證專家(2014)，廣東省突發事件應急管理專家(2014)，廣東省環境科學學會清潔生產專業委員會委員(2011)，金華市環保局環保專家(2015)，廣東省實驗中學鐘南山科學人才培養班校外導師(2015)，廣東省環境保護產業專家技術委員會專家(2015)，廣州市突發事件應急管理專家(2015) ，廣東省環境技術中心專家(2016)。 研究方向/領域：環境與能源技術、等離子體科學與技術。主持/參加了包括國家自然科學基金、廣東省應用型科技研發專項資金項目等科研項目共計25項以上。建立工業/中試示范裝置6套。共計授權專利12項。獨立出版著作1部《非熱電弧等離子體技術與應用》。共計發表期刊論文74篇，SCI收錄47篇，單篇SCI影響因子達46.568，總影響因子160以上，SCI他引300次以上，H指數：13。

本書以有機廢氣處理傳統技術和新興技術的應用為主線，首先歸納匯總了有機廢氣的基本概念和處理方法；然后介紹了多相催化氧化處理有機廢氣的理論研究成果，包括有機廢氣多相催化氧化處理的技術原理和技術路線、多相催化氧化降解甲苯廢氣的效果和機理、多相催化氧化降解NH3廢氣的效果和機理以及多相催化氧化降解甲苯和NH3混合廢氣的效果和過程原理；再后介紹了多相催化氧化處理有機廢氣的工業化工程實踐案例，包括日用化工污水處理站惡臭廢氣多相催化氧化治理工程、方便面廠油煙廢氣多相催化氧化治理工程、燃料電池催化材料有機廢氣多相催化氧化治理工程、汽車維修噴涂有機廢氣多相催化氧化治理工程以及塑料包裝制品廠印刷及注塑有機廢氣多相催化氧化治理工程等。
本書理論與工程實踐有效結合，具有較強的技術應用性和參考價值，可供環保、催化材料、化工、能源等領域的科研人員和工程技術人員參考，也可供高等學校環境科學與工程、化學工程及相關專業師生參閱。

第1章 概論 1
1.1 有機廢氣 5
1.1.1 有機廢氣特點與危害 5
1.1.2 有機廢氣來源 5
1.2 惡臭氣體 7
1.2.1 惡臭氣體特點與危害 7
1.2.2 惡臭氣體來源 8
1.3 有機廢氣和惡臭氣體的法規政策 9
1.3.1 有機廢氣的相關法規政策 9
1.3.2 惡臭氣體相關的法規政策 13
1.4 有機廢氣和惡臭氣體的處理方法 14
1.4.1 吸收法 15
1.4.2 吸附法 16
1.4.3 冷凝法 16
1.4.4 熱燃燒法 17
1.4.5 催化燃燒法 17
1.4.6 生物處理法 19
1.4.7 膜分離法 20
1.4.8 光催化法 21
1.4.9 臭氧氧化法 21
1.4.10 低溫等離子體法 22
1.4.11 高級氧化洗滌法 23
1.4.12 多相催化氧化法 23
1.5 有機廢氣處理方法的比較與未來發展趨勢 25
參考文獻 27

第2章 有機廢氣多相催化氧化處理技術原理 35
2.1 注入式活性氧分子技術 36
2.2 炭基催化技術 36
2.3 鐵碳微電解技術 37
2.4 有機廢氣多相催化氧化技術 38
2.4.1 有機廢氣多相催化氧化的技術原理 38
2.4.2 有機廢氣多相催化氧化的技術路線 39
2.4.3 有機廢氣多相催化氧化的創新點 39
2.4.4 與國內外同類技術比較 40
參考文獻 41

第3章 多相催化氧化降解甲苯廢氣 56
3.1 實驗裝置與實驗方法 57
3.1.1 實驗裝置 57
3.1.2 實驗方法 58
3.2 催化填料裝填量對甲苯降解效果的影響 59
3.3 液氣比對甲苯降解效果的影響 60
3.4 噴淋液初始pH值對甲苯降解效果的影響 62
3.5 氣體停留時間對甲苯降解效果的影響 64
3.6 活性氧分子注入量對甲苯降解效果的影響 65
3.7 初始污染物濃度對甲苯降解效果的影響 66
3.8 多相催化氧化處理甲苯廢氣的機理 67
3.8.1 羥基自由基的氧化作用 67
3.8.2 活性氧分子/鐵碳催化填料耦合形成的多相催化氧化體系作用機理 69
3.8.3 多相催化氧化中甲苯的降解過程 74
3.8.4 鐵碳催化填料SEM、XRD表征 75
參考文獻 77

第4章 多相催化氧化降解NH3 廢氣 80
4.1 實驗裝置與實驗方法 81
4.1.1 實驗裝置 81
4.1.2 實驗方法 82
4.2 鐵碳和炭基催化填料裝填量對NH3 降解效果的影響 83
4.3 液氣比對NH3 降解效果的影響 84
4.4 噴淋液初始pH值對NH3 降解效果的影響 85
4.5 氣體停留時間對NH3 降解效果的影響 86
4.6 活性氧分子注入量對NH3 降解效果的影響 88
4.7 初始污染物濃度對NH3 降解效果的影響 89
4.8 多相催化氧化處理NH3 廢氣的機理 90
4.8.1 羥基自由基的氧化作用 90
4.8.2 活性氧分子/炭基催化填料耦合形成的多相催化氧化體系作用機理 92
4.8.3 多相催化氧化中NH3 的降解過程 94
4.8.4 炭基催化填料SEM、XRD表征 94
參考文獻 97

第5章 多相催化氧化降解甲苯和NH3 混合廢氣 99
5.1 實驗裝置與實驗方法 100
5.1.1 實驗裝置 100
5.1.2 實驗方法 101
5.2 填料噴淋塔級數對混合污染物降解效果的影響 102
5.3 活性氧分子注入量對混合污染物降解效果的影響 104
5.4 循環噴淋液的再生設備及影響因素 105
5.5 多相催化氧化技術原理分析 109
參考文獻 111

第6章 日用化工污水處理站惡臭廢氣多相催化氧化治理工程 113
6.1 日用化工污水處理站惡臭廢氣特征 114
6.2 惡臭廢氣治理工程初始工況 114
6.3 污水處理站惡臭廢氣治理工程設計處理目標 114
6.4 污水處理站惡臭廢氣多相催化氧化治理工藝流程 114
6.5 惡臭廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 116
6.5.1 惡臭廢氣多相催化氧化治理設備 116
6.5.2 運行費用 117
6.6 惡臭廢氣多相催化氧化治理工程調試與監測 117
參考文獻 118

第7章 方便面廠油煙廢氣多相催化氧化治理工程 119
7.1 方便面廠油煙廢氣特征 120
7.2 油煙廢氣治理工程初始工況 120
7.3 油煙廢氣治理工程設計處理目標 120
7.4 油煙廢氣多相催化氧化治理工藝流程 121
7.5 油煙廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 122
7.5.1 油煙廢氣多相催化氧化治理設備 122
7.5.2 運行費用 123
7.6 油煙廢氣多相催化氧化治理工程調試與監測 124
參考文獻 126

第8章 燃料電池催化材料有機廢氣多相催化氧化治理工程 127
8.1 催化材料有機廢氣特征 128
8.2 催化材料有機廢氣治理工程初始工況 128
8.3 催化材料有機廢氣治理工程設計處理目標 128
8.4 催化材料有機廢氣多相催化氧化治理工藝流程 128
8.5 催化材料有機廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 130
8.5.1 催化材料有機廢氣多相催化氧化治理設備 130
8.5.2 運行費用 131
8.6 催化材料有機廢氣多相催化氧化治理工程調試與監測 131
參考文獻 132

第9章 汽車維修噴涂有機廢氣多相催化氧化治理工程 134
9.1 汽車維修噴涂有機廢氣特征 135
9.2 噴涂有機廢氣治理工程初始工況 135
9.3 噴涂有機廢氣治理工程設計處理目標 135
9.4 噴涂有機廢氣多相催化氧化治理工藝流程 136
9.5 噴涂有機廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 137
9.5.1 噴涂有機廢氣多相催化氧化治理設備 137
9.5.2 運行費用 139
9.6 噴涂有機廢氣多相催化氧化治理工程調試與監測 139
參考文獻 140

第10章 塑料包裝制品廠印刷及注塑有機廢氣多相催化氧化治理工程 141
10.1 塑料包裝制品廠有機廢氣特征 142
10.2 塑料包裝制品廠有機廢氣初始工況 142
10.3 塑料包裝制品廠有機廢氣治理工程設計處理目標 142
10.4 塑料包裝制品廠有機廢氣多相催化氧化治理工藝流程 143
10.5 印刷有機廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 144
10.5.1 印刷有機廢氣多相催化氧化治理設備 144
10.5.2 運行費用 145
10.6 注塑有機廢氣多相催化氧化治理設備和運行費用 145
10.6.1 注塑有機廢氣多相催化氧化治理設備 145
10.6.2 運行費用 146
10.7 塑料包裝制品廠多相催化氧化治理工程調試與監測 147
參考文獻 148