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常见挥发性有机物(VOCs)基础介绍

2019年03月20日 热度:948 ℃

   挥发性有机物,简称VOCs,是常温下,饱和蒸气压约大于70 Pa; 常压下,沸点在50 - 260

o

C有机化合物;常见的有芳烃类、酯类、醇类、醛类、酮类、烷烃类等。这些物质有毒、有害、致癌;形成光化学烟雾和PM2.5。

1.烷烃

烷烃是一种开链的饱和链烃,分子中的碳原子都以单键相连,其余的价键都与氢结合而成的化合物。通式为C

n

H

2n+2

,是最简单的一种有机化合物。烷烃的主要来源是石油和天然气,是重要的化工原料和能源物资。常用的汽油、柴油、液化气里面主要就是烷烃。

常见烷烃有丙烷、正己烷、正庚烷等等,由于烷烃的C-H键特别稳定,因此是VOCs中最难催化的物质之一。

2.烯烃

烯烃是指含有C=C键(碳-碳双键)(烯键)的碳氢化合物属于不饱和烃,分为链烯烃与环烯烃。按含双键的多少分别称单烯烃二烯烃等。单链烯烃分子通式为C

n

H

2n

。双键中有一根属于能量较高的π键,不稳定,易断裂,因此容易发生氧化反应,是相对比较容易催化的物质。

3.芳烃

芳香,通常指分子中含有苯环结构的碳氢化合物。是闭链类的一种。具有苯环基本结构,历史上早期发现的这类化合物多有芳香味道,所以称这些烃类物质为芳香烃,后来发现的不具有芳香味道的烃类也都统一沿用这种叫法。例如苯、二甲苯、萘等。苯的同系物的通式是CnH2n-6 (n≥6)。芳香烃的π 电子数为4n+2 (n为非负整数)。

上图是苯和甲苯的分子结构,甲苯虽然只多了一个甲基,但是化学性质相差巨大。苯要比甲苯稳定的多,通常在催化燃烧处理是苯需要更高的反应温度,或性能更高的催化剂。

4.酯

酯是指有机化学中醇与羧酸或无机含氧酸发生酯化反应生成的产物。广泛存在于自然界,例如乙酸乙酯存在于酒、食醋和某些水果中;乙酸异戊酯存在于香蕉、梨等水果中;苯甲酸甲酯存在于丁香油中;水杨酸甲酯存在于冬青油中。高级和中级脂肪酸的甘油酯是动植物油脂的主要成分,高级脂肪酸和高级醇形成的酯是蜡的主要成分。

分子通式为R-COO-R'(R可以是烃基,也可以是氢原子,R'不能为氢原子,否则就是羧基)。酯是根据形成它的酸和醇(酚)来命名的,例如乙酸甲酯CH

3

COOCH

3

、乙酸乙酯CH

3

COOC

2

H

5

、乙酸苯酯CH

3

COOC

6

H

5

、苯甲酸甲酯C

6

H

5

COOCH

3

、乙酸丁酯CH

3

COOC

4

H

9

、丙烯酸辛酯CH

2

CHCOOC

8

H

17

等。

酯类有机物,由于化学性质比较特殊,在催化过程容易生产有机酸,贵金属催化剂通常对酯的活性比较较低。

5.醇

 醇是脂肪烃脂环烃芳香烃侧链中的氢原子被羟基-OH)取代而成的化合物。如,甲醇(CH

3

OH);乙醇(C

2

H

5

OH
),俗称酒精;乙二醇(HOCH

2

CH

2

OH
)。醇类物质比较容易催化。

6.

酮是羰基与两个烃基相连的化合物。根据分子中烃基的不同,酮可分为脂肪酮、脂环酮、芳香酮、饱和酮和不饱和酮。芳香酮的羰基直接连在芳香环上;羰基嵌在环内的,称为环内酮,例如环己酮。按羰基数目又可分为一元酮、二元酮和多元酮。一元酮中,羰基连接的两个烃基相同的称单酮,例如丙酮(二甲基甲酮)。互不相同的为混酮,例如苯乙酮(苯基甲基甲酮)。酮分子间不能形成氢键,其沸点低于相应的醇,但羰基氧能和水分子形成氢键,所以低碳数酮(低级酮)溶于水。低级酮是液体,具有令人愉快的气味,高碳数酮(高级酮)是固体。

酮的通式为R1─CO─R2。

酮是相对比较容易催化燃烧的物质。

7.

分子中含有-CHO(醛基)的化合物称为醛,通式为RCHOR-可以不是烃基,比如羟基乙醛的R-HOCH

2

-R-也可以是烃基,比如烷基、烯基、芳香基或环烷基。依醛基的数目又可分为一元醛和多元醛。低级醛为液体,高级醛为固体,只有甲醛是气体。醛与酮非常类似,酮的两端是烷基,而醛的一段为H。醛的化学性质比较活性,比较容易催化。如甲醛在贵金属催化剂上可以常温下转化为二氧化碳和水。

8.含氮有机化合物

分子中含有碳-氮键的有机化合物称为含氮有机化合物,常见的有腈、酰胺、胺等,如乙腈;二甲基甲酰胺(DMF);正丁胺等。由于含氮有机化合物中含有N元素,而N元素在催化燃烧过程容易转化为NOx。因此NOx需要进一步脱硝处理。开发能够控制N元素转化为N2的催化剂很有必要。

9.含硫有机化合物

含硫有机化合物指含碳硫键的有机化合物,常见的有硫醇(C

2

H

5

SH、硫醚(CH

3

—S—CH

3

)
。最大的特点是恶臭,奇臭无比。含硫有机化合物通过燃烧(催化燃烧)后会生成大量SOx,腐蚀性很强,需二次处理。含硫有机化合物对贵金属催化剂往往有影响,因此需要特别慎重。

10.含氯有机化合物

含氯有机化合物指含碳氯键的有机化合物,常见的挥发性含氯有机物(CVOC)有,二氯甲烷、二氯乙烷、氯苯、三氯乙烯等。由于含氯有机化合物中含有Cl元素,而Cl元素在催化燃烧过程容易转化为HClCl

2

等物质,腐蚀性很强,需二次处理。二氯甲烷、二氯乙烷等含氯有机化合物非常稳定,很难催化燃烧,而且对催化剂也有一定影响,很多涂装线的催化燃烧使用不成功,往往是涂料中含有含氯有机化合物有关。

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