有机废气多相催化氧化处理及工程应用

1.全面性，本书概述了有机废气来源，分类介绍了有机废气多相催化氧化技术降解不同废气的实验装置、实验方法、影响废气降解的因素分析、机理分析，并结合实际应用介绍了在方便面厂油烟处理、燃料电池催化材料废气处理、汽车维修喷涂有机废气等不同行业的实际应用。 2.先进性，本书梳理了中国、美国、日本、德国等国的有机废气治理常规技术和新兴技术，全方面地汇总了该技术的前沿分析、学术成果和工程案例，反映了作者在有机废气治理领域积累的研究经验，涵盖了作者大量已公开和未公开发表的研究成果和实践工程经验，具有很强的参考价值。 3.本书研究成果有助于推广多相催化氧化技术在我国的应用，也可供生产中产生有机废气（甲苯）和恶臭气体（氨）的企业参考，减少工业废气污染。

工业生产过程所产生的挥发性有机化合物（VOCs）和恶臭气体严重地威胁环境质量和人体健康，自2010年起，我国政府已经针对VOCs的排放问题相继出台了一系列的政策及法规，含有VOCs的有机废气的控制问题成了大气污染防治工作的重要内容。VOCs和恶臭气体控制治理技术主要包括源头过程控制技术和末端治理技术。工业源排放的含VOCs有机废气具有面广但分散、排放强度大、浓度波动和组分复杂的特点，且企业受经济技术水平和资源环境限制，目前末端治理技术仍然不可替代。末端治理技术又可分为可回收技术和销毁技术两大类。可回收技术是通过改变系统温度、压力或使用选择吸收剂、吸附剂和选择性膜分离技术使有机污染物从废气中分离并集中处理的技术；销毁技术是通过生化反应或化学反应，利用热、光、催化剂或微生物将废气中的有机污染物转化为水、二氧化碳等无毒小分子物质的技术。在高级氧化法的基础上发展起来的销毁型多相催化氧化技术，核心在于利用固相催化剂的催化作用使氧化剂分解产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH），从而使污染物的氧化降解更迅速和更彻底。
本书共计10章，凝聚了有机废气多相催化氧化处理技术的前沿学术成果和工程实践案例，从多相催化氧化的基本原理和机理、发生器类型、物理化学特征到有机物降解机理与副产物、工程案例均做了详细论述。第1章归纳汇总了有机废气的基本概念和处理方法，第2～5章介绍多相催化氧化处理有机废气的理论研究成果，第6～10章介绍多相催化氧化处理有机废气的工业化实践案例。其中，第2章介绍有机废气多相催化氧化处理的技术原理和技术路线，第3章介绍多相催化氧化降解甲苯废气的效果和机理，第4章介绍多相催化氧化降解NH3废气的效果和机理，第5章介绍多相催化氧化降解甲苯和NH3混合废气的效果和过程原理，第6章介绍日用化工污水处理站恶臭废气多相催化氧化治理工程，第7章介绍方便面厂油烟废气多相催化氧化治理工程，第8章介绍燃料电池催化材料有机废气多相催化氧化治理工程，第9章介绍汽车维修喷涂有机废气多相催化氧化治理工程，第10章介绍塑料包装制品厂印刷及注塑有机废气多相催化氧化治理工程。
感谢国家自然科学基金（编号：61871409）和浙江大学台州研究院中试项目（编号：2022ZSS04）的资助，同时感谢宋世炜、陈浩卓、黄裕明、杨小卫、陈磊英、黄云游、朱慧、邱子珂、邱倩虹等人所付出的辛勤劳动。
限于编著者水平及编著时间，书中不足和疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

杜长明
2023年8月

杜长明，男，1978年生，博士，副教授，硕导。中山大学从事教学和科研工作，历经助教，讲师，副教授。2001年获热能工程学士学位，2006年获浙江大学环境科学与工程博士学位。入选了中国发明协会银奖(2008)，“珠江科技新星”(2013)，广东省环境科学学会 “青年科技奖”(2014)，中国环境科学学会“青年科技奖”(2014)。国家科技专家库专家(2015)，广州市重大行政决策论证专家(2014)，广东省突发事件应急管理专家(2014)，广东省环境科学学会清洁生产专业委员会委员(2011)，金华市环保局环保专家(2015)，广东省实验中学钟南山科学人才培养班校外导师(2015)，广东省环境保护产业专家技术委员会专家(2015)，广州市突发事件应急管理专家(2015) ，广东省环境技术中心专家(2016)。 研究方向/领域：环境与能源技术、等离子体科学与技术。主持/参加了包括国家自然科学基金、广东省应用型科技研发专项资金项目等科研项目共计25项以上。建立工业/中试示范装置6套。共计授权专利12项。独立出版著作1部《非热电弧等离子体技术与应用》。共计发表期刊论文74篇，SCI收录47篇，单篇SCI影响因子达46.568，总影响因子160以上，SCI他引300次以上，H指数：13。

本书以有机废气处理传统技术和新兴技术的应用为主线，首先归纳汇总了有机废气的基本概念和处理方法；然后介绍了多相催化氧化处理有机废气的理论研究成果，包括有机废气多相催化氧化处理的技术原理和技术路线、多相催化氧化降解甲苯废气的效果和机理、多相催化氧化降解NH3废气的效果和机理以及多相催化氧化降解甲苯和NH3混合废气的效果和过程原理；再后介绍了多相催化氧化处理有机废气的工业化工程实践案例，包括日用化工污水处理站恶臭废气多相催化氧化治理工程、方便面厂油烟废气多相催化氧化治理工程、燃料电池催化材料有机废气多相催化氧化治理工程、汽车维修喷涂有机废气多相催化氧化治理工程以及塑料包装制品厂印刷及注塑有机废气多相催化氧化治理工程等。
本书理论与工程实践有效结合，具有较强的技术应用性和参考价值，可供环保、催化材料、化工、能源等领域的科研人员和工程技术人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、化学工程及相关专业师生参阅。

第1章 概论 1
1.1 有机废气 5
1.1.1 有机废气特点与危害 5
1.1.2 有机废气来源 5
1.2 恶臭气体 7
1.2.1 恶臭气体特点与危害 7
1.2.2 恶臭气体来源 8
1.3 有机废气和恶臭气体的法规政策 9
1.3.1 有机废气的相关法规政策 9
1.3.2 恶臭气体相关的法规政策 13
1.4 有机废气和恶臭气体的处理方法 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 热燃烧法 17
1.4.5 催化燃烧法 17
1.4.6 生物处理法 19
1.4.7 膜分离法 20
1.4.8 光催化法 21
1.4.9 臭氧氧化法 21
1.4.10 低温等离子体法 22
1.4.11 高级氧化洗涤法 23
1.4.12 多相催化氧化法 23
1.5 有机废气处理方法的比较与未来发展趋势 25
参考文献 27

第2章 有机废气多相催化氧化处理技术原理 35
2.1 注入式活性氧分子技术 36
2.2 炭基催化技术 36
2.3 铁碳微电解技术 37
2.4 有机废气多相催化氧化技术 38
2.4.1 有机废气多相催化氧化的技术原理 38
2.4.2 有机废气多相催化氧化的技术路线 39
2.4.3 有机废气多相催化氧化的创新点 39
2.4.4 与国内外同类技术比较 40
参考文献 41

第3章 多相催化氧化降解甲苯废气 56
3.1 实验装置与实验方法 57
3.1.1 实验装置 57
3.1.2 实验方法 58
3.2 催化填料装填量对甲苯降解效果的影响 59
3.3 液气比对甲苯降解效果的影响 60
3.4 喷淋液初始pH值对甲苯降解效果的影响 62
3.5 气体停留时间对甲苯降解效果的影响 64
3.6 活性氧分子注入量对甲苯降解效果的影响 65
3.7 初始污染物浓度对甲苯降解效果的影响 66
3.8 多相催化氧化处理甲苯废气的机理 67
3.8.1 羟基自由基的氧化作用 67
3.8.2 活性氧分子/铁碳催化填料耦合形成的多相催化氧化体系作用机理 69
3.8.3 多相催化氧化中甲苯的降解过程 74
3.8.4 铁碳催化填料SEM、XRD表征 75
参考文献 77

第4章 多相催化氧化降解NH3 废气 80
4.1 实验装置与实验方法 81
4.1.1 实验装置 81
4.1.2 实验方法 82
4.2 铁碳和炭基催化填料装填量对NH3 降解效果的影响 83
4.3 液气比对NH3 降解效果的影响 84
4.4 喷淋液初始pH值对NH3 降解效果的影响 85
4.5 气体停留时间对NH3 降解效果的影响 86
4.6 活性氧分子注入量对NH3 降解效果的影响 88
4.7 初始污染物浓度对NH3 降解效果的影响 89
4.8 多相催化氧化处理NH3 废气的机理 90
4.8.1 羟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体系作用机理 92
4.8.3 多相催化氧化中NH3 的降解过程 94
4.8.4 炭基催化填料SEM、XRD表征 94
参考文献 97

第5章 多相催化氧化降解甲苯和NH3 混合废气 99
5.1 实验装置与实验方法 100
5.1.1 实验装置 100
5.1.2 实验方法 101
5.2 填料喷淋塔级数对混合污染物降解效果的影响 102
5.3 活性氧分子注入量对混合污染物降解效果的影响 104
5.4 循环喷淋液的再生设备及影响因素 105
5.5 多相催化氧化技术原理分析 109
参考文献 111

第6章 日用化工污水处理站恶臭废气多相催化氧化治理工程 113
6.1 日用化工污水处理站恶臭废气特征 114
6.2 恶臭废气治理工程初始工况 114
6.3 污水处理站恶臭废气治理工程设计处理目标 114
6.4 污水处理站恶臭废气多相催化氧化治理工艺流程 114
6.5 恶臭废气多相催化氧化治理设备和运行费用 116
6.5.1 恶臭废气多相催化氧化治理设备 116
6.5.2 运行费用 117
6.6 恶臭废气多相催化氧化治理工程调试与监测 117
参考文献 118

第7章 方便面厂油烟废气多相催化氧化治理工程 119
7.1 方便面厂油烟废气特征 120
7.2 油烟废气治理工程初始工况 120
7.3 油烟废气治理工程设计处理目标 120
7.4 油烟废气多相催化氧化治理工艺流程 121
7.5 油烟废气多相催化氧化治理设备和运行费用 122
7.5.1 油烟废气多相催化氧化治理设备 122
7.5.2 运行费用 123
7.6 油烟废气多相催化氧化治理工程调试与监测 124
参考文献 126

第8章 燃料电池催化材料有机废气多相催化氧化治理工程 127
8.1 催化材料有机废气特征 128
8.2 催化材料有机废气治理工程初始工况 128
8.3 催化材料有机废气治理工程设计处理目标 128
8.4 催化材料有机废气多相催化氧化治理工艺流程 128
8.5 催化材料有机废气多相催化氧化治理设备和运行费用 130
8.5.1 催化材料有机废气多相催化氧化治理设备 130
8.5.2 运行费用 131
8.6 催化材料有机废气多相催化氧化治理工程调试与监测 131
参考文献 132

第9章 汽车维修喷涂有机废气多相催化氧化治理工程 134
9.1 汽车维修喷涂有机废气特征 135
9.2 喷涂有机废气治理工程初始工况 135
9.3 喷涂有机废气治理工程设计处理目标 135
9.4 喷涂有机废气多相催化氧化治理工艺流程 136
9.5 喷涂有机废气多相催化氧化治理设备和运行费用 137
9.5.1 喷涂有机废气多相催化氧化治理设备 137
9.5.2 运行费用 139
9.6 喷涂有机废气多相催化氧化治理工程调试与监测 139
参考文献 140

第10章 塑料包装制品厂印刷及注塑有机废气多相催化氧化治理工程 141
10.1 塑料包装制品厂有机废气特征 142
10.2 塑料包装制品厂有机废气初始工况 142
10.3 塑料包装制品厂有机废气治理工程设计处理目标 142
10.4 塑料包装制品厂有机废气多相催化氧化治理工艺流程 143
10.5 印刷有机废气多相催化氧化治理设备和运行费用 144
10.5.1 印刷有机废气多相催化氧化治理设备 144
10.5.2 运行费用 145
10.6 注塑有机废气多相催化氧化治理设备和运行费用 145
10.6.1 注塑有机废气多相催化氧化治理设备 145
10.6.2 运行费用 146
10.7 塑料包装制品厂多相催化氧化治理工程调试与监测 147
参考文献 148