環境和能源問題日益嚴重，“超音速非平衡等離子體消除揮發性有機物的基礎研究”實現廉價能量源進行綠色氫的制取，可減少人類對化石燃料的依賴，進而對全球經濟和降低環境污染做出巨大貢獻。基于Laval噴管電極，建立了6套不同處理量的超音速滑動放電等離子體消除揮發性有機物同時制氫系統，完成了超音速滑動弧放電非平衡等離子體的物理化學機制研究，優化了超音速滑動放電等離子體電極結構、電場分布及放電范圍等因素;并對自由基的生成特性進行了研究，建立了含有100個反應的濕空氣低溫等離子體化學反應動力學模型；根據電參數、圖像分析結果及Elenbass-Heller方程，建立了超音速滑動放電非平衡等離子體通道模型；通過對甲苯、乙醇、甲烷、氨氣等模擬揮發性有機物的降解研究，建立了有機物降解反應和產氫反應的動力學模型。本項目按時完成預定的目標，發表期刊論文17 篇，其中SCI 論文9 篇（其中SCI 影響因子大于4.0 的2 篇），EI 論文11 篇；會議論文1 篇；發明專利授權1 項，實用新型專利授權1項。

項目主要研究在超音速氣流下產生非平衡等離子體及其應用。利用金屬縮張形Laval噴管作為外電極，金屬圓柱作為中心電極，施加交流高電壓在兩電極上，高速含揮發性有機物廢氣流通過Laval噴管時，形成低壓、低溫膨脹狀態的超音速滑動放電非平衡等離子體流，通過高能粒子轟擊和自由基氧化使C-H鍵斷開來消除有機物同時產生氫氣，并可避免氮氧化物NOx的生成。通過實驗和理論研究，對超音速滑動放電等離子體電極結構、電場分布及放電范圍等因素進行優化，提高揮發性有機污染物的凈化率、產氫率；建立大氣壓下超音速滑動放電非平衡等離子體通道；建立揮發性有機物降解反應和產氫反應的動力學模型。上述基礎課題研究可使我們在有機廢氣治理等方面獲取新的知識，為超音速滑動放電等離子體消除揮發性有機物同時制氫新工藝的方案設計及其應用提供理論依據和技術支持。

第一章緒論

第一節揮發性有機物的定義、分類、來源和危害1

第二節揮發性有機污染物治理現狀及發展趨勢3

一、揮發性有機物污染治理技術分類3

二、揮發性有機污染物治理的難度6

三、國內揮發性有機物污染治理的現狀7

四、國內揮發性有機物污染治理發展趨勢8

第三節國家發布的相關政策9

一、歷史情況9

二、“十二五”時期頒布了一些指導性政策9

三、進入“十三五”，VOCs污染防治政策初具體系10

四、政策法規還需完善11

第二章揮發性有機污染物產生量的一般估算方法

第一節有組織排放和無組織排放的估算13

一、有組織排放的估算方法13

二、無組織排放的估算方法16

第二節主要工業部門VOCs排放量的估算19

一、工業源VOCs主要產污環節20

二、工業污染源VOCs排放量估算26

第三章吸附法治理揮發性有機污染物

第一節吸附和吸附劑29

一、物理吸附與化學吸附30

二、吸附劑31

三、影響氣體吸附的因素42

第二節吸附法基礎44

一、吸附平衡44

二、吸附速度49

三、吸附劑的脫附與劣化現象51

第三節吸附劑及吸附裝置的選擇54

一、吸附劑的選擇54

二、吸附裝置的選擇55

三、吸附器凈化效率的計算與選擇62

第四節固定床吸附過程的計算63

一、固定床吸附器的吸附過程63

二、希洛夫近似計算法65

三、透過曲線計算法67

四、經驗估算法72

五、固定床吸附器床層壓降估算73

第五節移動床吸附過程的計算75

一、移動床吸附器直徑的計算75

二、移動床吸附器吸附劑用量的計算76

三、移動床吸附器吸附層高度的計算77

第六節流化床吸附過程的計算79

一、流化床吸附器操作氣速的計算80

二、流化床吸附器直徑的計算83

三、流化床吸附器床層高度與吸附器總高度的計算83

四、流化床吸附器設計舉例——用活性炭流化床吸附器回收苯蒸氣的設計計算84

第七節吸附法治理揮發性有機物86

一、揮發性有機物的吸附材料86

二、活性炭的吸附熱87

三、吸附法凈化揮發性有機物的工藝流程90

四、脫附時水蒸氣、空氣及熱量的消耗計算92

五、惡臭物質的吸附凈化94

第四章催化法治理揮發性有機污染物

第一節催化法基礎97

一、催化劑的組成98

二、催化劑的表面與孔結構99

三、催化劑的性能101

四、催化劑的種類104

五、催化劑的表征105

六、揮發性有機污染物治理工程中常用的催化劑107

第二節催化理論108

一、 催化作用108

二、催化作用原理110

第三節氣-固相催化反應過程及動力學方程113

一、氣-固相催化反應過程及濃度分布113

二、表面化學反應速率與動力學方程115

三、氣-固相催化反應宏觀動力學方程119

第四節處理揮發性有機物催化反應器及工藝系統配置120

一、處理揮發性有機物的催化反應器120

二、氣-固相催化反應系統的配置和調控124

第五節固定床絕熱催化反應器設計計算126

一、固定床絕熱催化反應器催化劑體積的計算126

二、固定床催化反應器壓降的計算131

三、固定床催化反應器溫升的計算133

四、固定床催化反應器設計的注意事項133

第六節揮發性有機污染物的催化凈化134

一、催化燃燒法凈化揮發性有機物134

二、催化燃燒法脫臭136

三、蓄熱催化燃燒技術簡介137

第五章生物法處理揮發性有機污染物

第一節概述138

一、生物過濾法的歷史和與物理化學方法的比較138

二、生物法處理揮發性有機物的原理及所用微生物140

第二節揮發性有機物生物法處理工藝145

一、揮發性有機物生物處理工藝145

二、常見的VOCs生物處理工藝的比較148

三、生物法處理揮發性有機物的動力學模型149

四、生物過濾法處理揮發性有機物的影響因素151

五、生物過濾法處理混合揮發性有機物的研究160

六、生物過濾反應器的性能參數161

七、系統啟動及沖擊負荷對系統的影響162

八、運行成本162

第三節用于凈化揮發性有機物的環境生物工程制劑163

第六章揮發性有機物回收技術

第一節冷凝法回收揮發性有機物166

一、概述166

二、冷凝法中制冷劑的選擇168

三、冷凝法的應用——介紹兩個冷凝法流程168

四、冷凝和吸附集成回收VOCs工藝系統簡介169

第二節吸收法回收揮發性有機物技術170

一、吸收法基礎170

二、氣體吸收設備172

三、吸收法處理揮發性有機物的吸收劑175

第三節吸附法回收揮發性有機物176

一、吸附-水蒸氣脫附-冷凝回收工藝176

二、吸附-氮氣脫附-冷凝回收系統179

第四節揮發性有機物回收新技術簡介180

一、變壓吸附回收VOCs技術180

二、干氣回收技術189

三、淺冷油吸收技術回收VOCs192

四、膜分離回收VOCs技術193

第七章高濃度揮發性有機物的回收技術

第一節PVC行業精餾塔排放氯乙烯的回收技術207

一、顆粒活性炭吸附法回收氯乙烯工藝208

二、活性碳纖維吸附法回收氯乙烯工藝209

三、變壓吸附法回收氯乙烯工藝211

四、膜分離法回收氯乙烯工藝211

第二節黏膠纖維行業H2S和CS2的回收214

一、黏膠纖維生產廢氣中CS2、H2S的來源214

二、黏膠纖維生產廢氣中CS2、H2S的常用回收技術215

三、黏膠纖維生產廢氣中CS2、H2S回收技術案例介紹220

第八章燃燒法治理揮發性有機污染物

第一節燃燒及催化燃燒224

一、揮發性有機物燃燒轉化原理及燃燒動力學224

二、直接燃燒和熱力燃燒227

三、催化燃燒概述231

四、催化燃燒系統設計234

五、催化燃燒反應器與凈化系統的設計235

第二節蓄熱燃燒(RTO)和蓄熱催化燃燒(RCO)240

一、蓄熱燃燒240

二、蓄熱催化燃燒245

第三節蓄熱燃燒用的蓄熱體247

一、蓄熱體在RTO裝置中的作用和裝置對蓄熱體的要求247

二、蓄熱體的材料248

三、蓄熱體的結構類型和幾何特性249

第四節吸附濃縮-催化燃燒組合技術252

一、吸附濃縮-催化燃燒技術的工藝原理及流程252

二、吸附濃縮-催化燃燒設備253

三、轉輪吸附濃縮裝置255

第九章處理揮發性有機污染物的其他技術簡介

第一節光解與光催化技術258

一、光解技術258

二、光催化技術259

第二節低溫等離子體技術262

一、定義及分類262

二、低溫等離子體形成過程及發生技術263

三、低溫等離子體技術的應用268

第三節高溫脈沖反應器(PDR)技術簡介270

一、PDR裝置的主要組成270

二、PDR特點271

三、VOCs氣體PDR工作原理271

四、PDR的應用271

第十章石油化工行業揮發性有機物污染治理技術

第一節石油化工行業VOCs排放特點及治理要求273

一、石油化工行業VOCs排放的特點273

二、石化行業VOCs治理的要求274

第二節LDAR技術在石化行業的應用275

一、LDAR工作意義及實施目標275

二、實施LDAR的原則276

三、LDAR實施流程277

四、密封點精簡計劃282

第三節精餾塔尾氣回收技術284

一、精餾塔簡介284

二、精餾塔頂尾氣中VOCs含量高的原因284

三、對精餾塔頂冷凝系統的改造286

第四節固定源油氣回收技術289

一、概述289

二、目前普遍采用的油氣回收技術291

三、油氣回收系統工藝295

四、加油站油氣回收296

五、案例——裝車油氣回收系統設計299

第十一章包裝印刷行業揮發性有機污染物的治理

第一節包裝印刷的基本知識和行業概況307

一、包裝印刷基本知識307

二、我國包裝印刷行業概況308

三、復合軟包裝印刷的生產過程308

第二節包裝印刷生產中VOCs的治理313

一、包裝印刷生產中VOCs的主要來源及排放特點313

二、包裝印刷行業排放的VOCs治理技術314

第十二章噴涂行業揮發性有機污染物治理技術

第一節噴漆行業揮發性有機污染物治理317

一、噴漆行業排放的揮發性有機物的特點與治理概況317

二、噴漆廢氣處理318

三、電子行業噴涂廢氣凈化實例319

四、汽車涂裝行業有機廢氣凈化實例323

第二節涂布行業揮發性有機污染物治理326

一、涂布行業揮發性有機物排放的狀況及特點326

二、涂布機工作過程與廢氣凈化328

第十三章室內空氣中揮發性有機物污染控制措施

第一節室內空氣質量331

第二節室內空氣污染定義、來源和危害332

一、室內空氣污染及室內空氣污染物332

二、室內空氣污染物的來源333

三、室內空氣污染的危害335

第三節室內空氣污染控制措施336

一、室內空氣污染源控制技術336

二、室內空氣污染的通風控制338

三、室內空氣凈化技術340

第十四章揮發性有機物檢測技術簡介

第一節揮發性有機污染物排放控制標準343

一、揮發性有機污染物排放控制標準的發展343

二、揮發性有機廢物排放控制標準制/修訂的新趨勢345

第二節揮發性有機污染物監測技術規范346

一、監測技術的發展及所包括的內容346

二、監測的方法體系347

第三節揮發性有機污染物實驗室分析檢測技術和設備348

一、樣品采集和富集349

二、實驗室分析氣相色譜法350

三、氣相色譜-質譜聯用法分析有機氣體352

第四節揮發性有機物現場檢測和在線監測355

一、對揮發性有機物的快速現場檢測355

二、固定源揮發性有機物在線檢測技術和設備356

附錄 揮發性有機污染物治理典型案例

主要參考文獻 2100433B

氣體污染物定義

揮發性有機物是一類重要的室內空氣污染物。它們各自的濃度往往不高。但若干種揮發性有機物共同存在于室內時，其共同作用是不可忽視的。由于它們單獨的濃度低但種類多，故總稱為VOCs，一般不予以逐個分別表示。以TVOC表示其總量。

氣體污染物來源

揮發性有機物的主要發生源有以下兩類：

（1）家庭常用化學品中揮發性有機物的釋放

在現代家庭生活中，幾乎不可避免地要使用各種化學產品。其中不少化學產品能在常溫下釋放出各種VOC。幾種典型的家庭用品和材料中VOC的釋放量以及范圍見表1。從表中可以明顯看出，一些在家庭中常用的物品和材料能釋放出多種有機化合物。如膠粘劑、膠帶等可釋放出多種不同的揮發性有機物。

（2）家用裝飾材料中揮發性有機物的釋放

室內裝飾材料是揮發性有機物的重要來源。不少人對新裝修的房間有一系列的反應，如感覺氣味不佳、刺激、甚至頭痛、惡心等。這是因為所用裝飾材料大多能釋放出各種揮發性有機物。正是它們污染了室內空氣，給人類健康帶來了潛在的危害。應當指出的是，煙草煙霧也是室內揮發性有機物的來源之一。