李璐（北京藍(lán)源恒基環(huán)?？萍加邢薰荆本?100011）

電氣石是化學(xué)組成復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽復(fù)鹽礦物，化學(xué)成分包括B2O3、SiO2、Fe3O4、A12O3、Li2O、MnO2、Na2O、MgO等。電氣石具有壓電性和熱電性兩種特征性狀，在溫度、壓力發(fā)生變化的情況下，能引起電氣石晶體的電勢(shì)差，使周圍的介質(zhì)發(fā)生電離，被擊中的電子附著于鄰近的水和氧分子并使它轉(zhuǎn)化為羥基自由基（·OH），進(jìn)而化合成為一水合羥基負(fù)離子（H3O2-）。

發(fā)生的負(fù)離子負(fù)離子在空氣等介質(zhì)中存在時(shí)具有較強(qiáng)的氧化性，可以將還原性污染物質(zhì)凈化分解。因此，電氣石是一種很好的環(huán)境凈化材料，可以用于VOCs等空氣污染凈化。

在目前的各種應(yīng)用領(lǐng)域中，電氣石往往都是以粉體形態(tài)出現(xiàn)的。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，粉體顆粒粒徑越小，其比表面積更大，其壓電性、熱電性發(fā)揮的效果將會(huì)更好。例如，在功能纖維中填充電氣石粉，要求中位徑小于或等于0.5μm，97%小于或等于3.0μm。[1-4]

本文用d50約等于100nm的納米級(jí)電氣石粉末復(fù)配制成的納米微電解空氣凈化填料（以下簡(jiǎn)稱NAP填料，Nano-electroly?sis Air Purification），并采用濕式納米微電解工藝，對(duì)某汽車噴漆車間的含苯、甲苯、二甲苯的涂裝廢氣進(jìn)行VOCs去除效果試驗(yàn)考察：①整個(gè)系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效率；②NAP填料在不同加濕條件下的去除效率。

試驗(yàn)所用的超細(xì)納米級(jí)電氣石粉委托北京樂柏奇研究所加工，電氣石納米粉加工精度d50=100±15nm，以粘土做芯，表層用納米級(jí)電氣石粉末鍍膜，并為加強(qiáng)電氣石粉末效果混合能量材料粉末高溫?zé)Y(jié)而成，其物理性質(zhì)為：顆粒粒徑4±0.25mm，干時(shí)堆積密度是：0.75t/m3，浸水瀝干后的堆積密度是：1.01t/m3，有效孔隙率為：38%，單顆填料球的比重為1.97。

1 試驗(yàn)反應(yīng)機(jī)理

天然無(wú)機(jī)材料中有一種是具有壓熱電性的，但是這些物質(zhì)在自然界狀態(tài)下極性抵消等原因而不能表現(xiàn)在其電能特性。采用納米級(jí)加工（d50≈100nm），就可使其電能作用充分發(fā)揮出來(lái)，這樣能在材料的表面附近形成無(wú)數(shù)永久微電場(chǎng)，微孔形成的微電場(chǎng)場(chǎng)，足夠小的間距另少量的正負(fù)靜電核產(chǎn)生出巨大的靜電能量場(chǎng)。它能使NAP填料周圍的水分子發(fā)生微電解，產(chǎn)生帶正電的氫離子（H+）和帶負(fù)電的羥基，即氫氧基（·OH）。兩個(gè)氫離子（H+）得到電子補(bǔ)充后變成氫氣（H2↑）放入空氣中。剩下的羥基（·OH）與周圍的另一個(gè)水分子結(jié)合成羥基負(fù)離子（H3O2-）。

其化學(xué)公式如下：

由于空氣中含有了大量的在空氣中相對(duì)穩(wěn)定的羥基負(fù)離子，且氧化還原電位高達(dá)2.8V僅次于F2，故可以實(shí)現(xiàn)在空氣中對(duì)需氧類污染物質(zhì)的氧化分解。此外，因電氣石具有壓電性，當(dāng)環(huán)境壓力發(fā)生變化時(shí)，礦物結(jié)晶體兩端可產(chǎn)生電壓，其極性離子在平衡位置振動(dòng)而引起偶極距變化產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外波段的電磁輻射，遠(yuǎn)紅外線震蕩作用可以在一定程度上加速苯環(huán)的開環(huán)，使之被羥基自由基所分解凈化[5]。

2 實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備及方法

本實(shí)驗(yàn)采用的是廈門某混凝土輸送車加工廠的噴漆房經(jīng)過水簾水洗后的尾氣，其廢氣類型為聚氨酯漆是典型的噴漆車間涂裝用漆。主要成分為苯、甲苯、二甲苯、粉塵顆粒。

噴漆車間非常狹小且密封，廢氣經(jīng)過車間內(nèi)置換氣風(fēng)機(jī)排除集中處理排放，經(jīng)過與車間內(nèi)清潔空氣混合并經(jīng)過噴漆房配備初級(jí)水簾清洗后，其排出后的廢氣VOCs濃度一般為40-80ppm，噴漆工作期間的VOCs濃度較為穩(wěn)定。

由于噴漆前需要對(duì)罐體進(jìn)行打磨廢氣中夾雜了大量的霧狀漆霧，也夾雜了大量的灰塵，故直接采用NAP填料進(jìn)行處理顯然并不適宜。為此NAP填料中試設(shè)備前置了一個(gè)小型噴淋塔，進(jìn)行廢氣淋洗以去除較為容易處理的灰塵和漆霧并對(duì)NAP填料進(jìn)行必要保護(hù)防止其堵塞。

2.1 中試工藝流程

本次中試擬采用的工藝流程如圖1：

圖1 中試試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備流程圖

廢氣取自噴漆車間水簾后的排風(fēng)管，通過本套實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)取廢氣抽取量為750m3/h，廢氣首先進(jìn)入填料噴淋裝置除塵除漆霧，噴淋塔內(nèi)裝彈性立體接觸填料，有效停留時(shí)間為2.0秒，液氣比=4L/m3。經(jīng)過噴淋塔處理后的廢氣送入NAP填料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行處理。

NAP試驗(yàn)機(jī)填裝?4mm的NAP填料25kg，處理負(fù)荷為30000±500m3/（t·h），填料制成兩級(jí)填料板，厚度為2.5cm，穿填料板的風(fēng)速為0.30±0.05m/s，NAP填料由于釋放負(fù)離子需要消耗水分子，故通常采用濕法工藝創(chuàng)造潮濕環(huán)境。中試試驗(yàn)采用循環(huán)水進(jìn)行加濕，加濕方式可以實(shí)現(xiàn)潮濕環(huán)境（水霧加濕）、淋濕環(huán)境（噴淋加濕）兩種加濕狀態(tài)。

對(duì)原廢氣、噴淋后、NAP試驗(yàn)設(shè)備處理后三個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)連續(xù)同步測(cè)定：采樣點(diǎn)1為原廢氣；采樣點(diǎn)2為中試設(shè)備進(jìn)口；采樣點(diǎn)3為中試設(shè)備出口。

2.2 試驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)采用填料球表面的潮濕和淋濕兩種狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)現(xiàn)“潮濕狀態(tài)”是控制空氣試驗(yàn)出口濕度（相對(duì)濕度60-80%），采用噴灑水霧方式加濕；而“淋濕狀態(tài)”采用大水噴灑方式進(jìn)行灑水將NAP填料球通過噴淋保持淋濕狀態(tài)（出口相對(duì)濕度80-100%）。

2.3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：

本次試驗(yàn)監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)分別為原廢氣、NAP試驗(yàn)機(jī)進(jìn)口和出口，見圖1所示的采樣點(diǎn)1-3。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：VOC。本中試實(shí)驗(yàn)采用便攜VOC在線快速測(cè)量?jī)x（美國(guó)華瑞/PGM-7300型）。

3 中試結(jié)果

3.1 潮濕效果與淋濕效果的VOC去除效率對(duì)比

其中第一組為潮濕環(huán)境（測(cè)樣32組），而第二組為更為潮濕的淋濕環(huán)境（測(cè)樣64組）。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)整體去除效率約在65-80%之間，而采用大水淋灑方式灑水加濕時(shí)，其系統(tǒng)效率更高，具體見圖2、圖3。

圖2 第一組采用潮濕狀態(tài)時(shí)的處理效果

圖3 第二組采用淋濕狀態(tài)時(shí)的處理效果

表1對(duì)兩種加濕方式的處理效果效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對(duì)比：

表1 兩種加濕方式對(duì)NAP填料處理效率的影響

△VOC（p p m）NA P填料的VOC去除率整體系統(tǒng)去除效率有機(jī)物削減負(fù)荷（k g/t/h）10.447.2%65.8%0.26817.859.7%79.6%0.458

3.2 淋濕狀態(tài)時(shí)NAP填料處理效果數(shù)據(jù)

根據(jù)在對(duì)NAP填料處理效果確定使用大水淋灑法加水方案時(shí)，對(duì)經(jīng)過噴淋處理后的NAP試驗(yàn)機(jī)進(jìn)出口廢氣VOC濃度進(jìn)行處理效果的統(tǒng)計(jì)，見圖4：

圖4 淋濕狀態(tài)時(shí)NAP處理效果水平

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)表明保持填料潮濕環(huán)境時(shí)VOC的去除率為47.2%，對(duì)于淋濕環(huán)境VOC去除率高達(dá)59.7%，其淋濕環(huán)境明顯優(yōu)于潮濕環(huán)境。如果考慮前處理的噴淋，則整體系統(tǒng)去除效率分別達(dá)到65.8%和79.6%。

廢氣VOC進(jìn)口濃度盡管變化較大，但是NAP填料可以壓低出口濃度，進(jìn)出口VOC濃度呈正向相關(guān)，通過試驗(yàn)表明進(jìn)口VOC濃度越高，NAP填料的處理效率越高。

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)口VOC濃度波動(dòng)較大，噴淋預(yù)處理之后之后主要濃度范圍約為20-40ppm，屬于中等濃度廢氣，盡管有較大波動(dòng)，但NAP填料凈化效率一般可以達(dá)到50%左右，總出口基本穩(wěn)定在 15ppm（即 19.35mg/m3）以內(nèi)。

涂裝廢氣多為粘性較大廢氣，粉塵顆粒較多，以往采用活性炭技術(shù)容易出現(xiàn)堵塞問題，同時(shí)溫度較高的情況下活性炭效率偏低；而采用納米級(jí)電氣石為主要原料制成的填料顆?？梢詫?shí)現(xiàn)濕式有機(jī)廢氣瞬間VOC凈化，這給該領(lǐng)域的廢氣處理提供了一個(gè)全新新的思路。

[1]王平，杜高翔，鄭水林.馬家敏超細(xì)電氣石粉體的表面改性試驗(yàn)研究-化工礦物與加工，2008(2).

[2]鄭秋生，胡雪玉.延年素纖維性能及應(yīng)用-合成纖維，2010(1).

[3]張開永，曲鴻魯，劉渝燕，張軍.電氣石超細(xì)粉碎及分級(jí)提取試驗(yàn)研究-中國(guó)粉體技術(shù)，2010(2).

[4]盧宗柳.電氣石硼肥制作技術(shù)的試驗(yàn)研究-礦產(chǎn)與地質(zhì)，2006(6).

[5]黃繩紀(jì).淺析光輻射材料在治理大氣污染中的作用-化工環(huán)保，2004(z1).