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谈在印刷行业中VOCs光催化氧化技术的实践

2020-01-08 298 上传者：管理员

摘要：近年来，经济得到了迅速发展，石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、涂料生产等工业行业逐渐兴盛起来，所产生的VOCs不仅直接威胁人们的身体健康，还是构成雾霾、光化学烟雾污染的重要前体物。目前，我国已将VOCs和颗粒物、SO2、NO2等污染物一起列为大气防控重点污染物。基于此，本文积极阐述了光催化氧化技术处理VOCs的工作原理及其在印刷工业的实际应用情况，目的在于进一步节约企业成本，提高实际处理效率及能力，为促进光催化氧化技术的改进提供参考。

关键词：
VOCs
光催化氧化技术
处理效率
工艺应用
节约成本
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VOCs，简单的说，就是在常温常压下具有挥发性的所有有机化合物的总称。不仅本身对环境和人体健康有害，而且可以在光的作用下发生化学、物理反应生成二次污染物PM2.5和O₃，对人体和环境产生更大的危害，是影响空气质量优良天数的重要因素。

1、光催化氧化技术概述

光催化氧化技术工作原理就是利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射废气，裂解工业废气，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降解转变成低分子化合物。如CO₂、H₂O等。紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。臭氧对有机物具有极强的氧化作用，工业废气利用排风设备输入到净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对工业废气进行协同分解氧化反应，使工业废气物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。光催化反应主要在催化剂表面进行，借助半导体光催化剂对一定波长内的光响应性能进行反应，利用光子的作用，改变还原反应和氧化反应。常用的光催化氧化催化剂一般为二氧化钛，利用二氧化钛进行光催化时，二氧化钛接受特定波长的光子后，对其全部吸收，产生带有负电的光生电子，与吸附在表面的物质发生化学反应。

2、光催化氧化技术在包装纸箱印刷中的应用

VOCs是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O₃）的重要前体物，对气候变化也有重要影响。VOCs不仅广泛产生于各个工业行业生产制造中，而且可以从任何生产设备的开口和隙缝中泄漏到空气中，来源非常广泛。而相对于颗粒物、二氧化硫、氮氧化物污染控制，我国VOCs管理基础薄弱，已成为大气环境管理短板。通过对京津冀及周边地区源解析分析，现阶段有机物（OM）是PM2.5最主要组成部分，其中二次有机物占OM比例为30%～50%，主要来自VOCs转化生成；同时也是O₃生成的主控因子。由于VOCs对环境造成的影响越来越显著，生态环境部先后出台了《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》（GB37824-2019）及《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019），山西省出台了《山西省重点行业挥发性有机物（VOCs）2017年专项治理方案》中包装印刷排放标准，排放标准见表1。

表1 有组织源排放参考限值

在包装纸箱印刷行业油墨通常使用醇、芳烃等挥发性物质作为溶剂或稀释剂，在使用过程中作为溶剂的VOCs气化进入大气中。为了遏制VOCs对大气的影响我国出台了相关政策，提倡从源头替代。通过使用水性、植物基等低VOCs含量的油墨，从源头减少VOCs的产生，但并不能完全消除VOCs的排放。山西省太原市清徐县某包装纸箱印刷企业生产食品用包装纸箱，在外购的三层瓦楞纸板上印刷所包装产品的相关文字及图案，印刷完成干燥后，裁剪成客户所需的规格和大小出厂。由于环保要求及油墨的更新换代，该企业采用水性油墨进行印刷生产，水性油墨是指采用水并加入少量乙醇作为稀释剂，采用苯乙烯-丙烯酸酯类或松香酯类等水溶性树脂作为连接剂，并加入适量的颜料和助剂。

该企业所使用的水性油墨成分包括25%的苯乙烯-丙烯酸树脂，30%的水，10%的乙醇，20%的颜料，10%的三乙胺，5%的消泡剂等其他助剂，生产设备为2400型水墨印刷成型机，油墨为水性油墨，印刷采用柔版印刷。在印刷过程中，苯乙烯-丙烯酸树脂会散发出气味，乙醇和三乙胺会挥发出VOCs，因此，在包装印刷过程中采用合理的处理设施显得尤为重要。由于印刷油墨质量的改进及溶剂成分的改变，采用水性油墨的凸版印刷工序排放的VOCs浓度较低，一般在50～400mg/m3之间，因此对VOCs的收集极为重要，在印刷辊筒上方设置密闭集气罩，尽可能将挥发出的有机废气完全的收集进入处理设施，经处理后通过15米的排气筒排放。

为了保证最佳的处理效果并保证异味的不逸散，在光催化氧化实施后附加活性炭吸附，净化效率可达90%以上。不同排放浓度的VOCs有相应的处理方法，光催化氧化技术并结合活性炭吸附通常应用于低浓度有机废气及恶臭异味的处理，可以达到良好的处理效果并满足排放标准的要求，且工程造价在企业可接受的合理范围内。

3、总结

VOCs光催化氧化技术适宜于处理低浓度有机废气，即使企业有机废气在极低的浓度下仍然可以达到良好的处理效果，处理后废气浓度甚至可以在1mg/m3以下。企业在考虑环保设施有效性的同时也遵循经济适用原则，光催化氧化技术在处理低浓度有机废气时，其反应条件温和易控，效率高，降解能力强，而投入成本比较低，同时能源消耗小，并且操作简单，在大气污染治理中得到普遍应用。综上所述，光催化氧化技术并结合活性炭吸附处理有机废气可以达到理想的处理效果，投资小，运行稳定，对仍在研发改进阶段的低VOCs油墨是行之有效的处理方法。

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