3.4　电子束处理VOCs机理

由直流高压电源和电子加速器产生高能和高速的电子束，空气由电子能量为1MeV的电子束照射时，最大的穿透范围是280～300cm，反应器的深度主要是在考虑底部去除效率的基础上，由满足确定的吸收剂量来决定。当含有VOCs的烟气进入后，烟气中的主要成分N2、O2、CO2和H2O等吸收来自电子束中快速电子的能量，在电场的作用下电离和激发生成OH-和O2-等高活性、强氧化性初级粒子和二级电子；其中二级电子在大气压下会快速热化。同时电子束直接照射VOCs废气，废气中的VOCs分子受到激发以及原子间的键断裂，形成小碎片基团、各种副产物和气溶胶。活性粒子将与有机物分子、小碎片基团发生一系列氧化反应。最终把烃类化合物氧化降解成CO2和H2O。对于剩余的VOCs和各种副产物可以在设置的催化剂床层中得到进一步的反应。降解机理如图3-6所示。

图3-6　电子束辐照处理VOCs的降解机理

在湿空气中通过电子束辐照降解1，1-二氯乙烯（DCE）的实验研究中，N2、O2和H2O的浓度分别为81%、19%和300mg/L，N2、O2和H2O产生的初始粒子大约为1600∶500∶1。这些初始粒子和热化电子变成溶剂形式，极少量的热化二级电子导致有机物的降解。

1，1-DCE的降解途径和有机副产物的形成是相当复杂的，大致可以从三个方面进行讨论。

1）Cl解离的二级电子降解途径　当热化二级电子作用在1，1-DCE上时，会形成一个氯离子（Cl-）和氯乙基（C2H4BrCl）。氯离子通过电荷交换的中和反应和正-负粒子的重组反应变成Cl·。这一Cl·会依附到另一个1，1-DCE上发生反应，在这一链过程中加速1，1-DCE的降解。

2）·OH的降解途径　·OH与氯乙烯在室温、常压下的反应是主要的附加反应，并且·OH增加的氯化碳数量非常少。形成的甲醛（HCHO）能够被·OH和HO2·快速去除；而HCO·通过与O2反应形成CO和CO2无机碳产物。

3）电荷转移和O原子降解途径　二级电子与载气分子的碰撞会产生能够降解1，1-DCE的氧负离子。导致1，1-DCE降解的正离子大致包括、和O2（H2O）+三种。其中主要通过直接电离反应和与O2的电荷转移反应形成；而O2（H2O）+主要是由一系列的分子离子反应产生，并且还会生成·OH。首先，O原子加入1，1-DCE形成双自由基，这些双自由基通过CC键分裂重组成HCHO和∶CCl2，然后∶CCl2与O2反应产生·OCl，·OCl解离成CO和Cl原子，而HCHO迅速地被Cl原子降解。在上述机理的作用下1，1-DCE得到降解。