淺談餐飲油煙中典型VOCs催化氧化研究進展與應對措施

時間：2021-09-30

摘要

近年來，餐飲油煙逐漸成為城市大氣污染的主要來源之一，油煙中揮發(fā)性污染物對人體及環(huán)境均產(chǎn)生非常大的危害，對其治理刻不容緩。催化燃燒技術因具備去除效率高，**次污染等優(yōu)點在廢氣治理方面有著廣闊的應用前景。鑒于此，本文首先總結(jié)并分析了油煙中典型揮發(fā)性物的成分，發(fā)現(xiàn)油煙中烴類、醛酮類污染物含量較高，其次包括酸酯類、醇類和少量的多環(huán)芳烴類污染物。在此基礎上，綜述了催化燃燒技術對于凈化上述典型揮發(fā)性污染物的研究進展，并對近年來常用的催化劑包括貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑及特定結(jié)構(gòu)的催化劑進行了歸納和整理。結(jié)合油煙VOCs成分及其特點，總結(jié)了不同種類型的催化劑在油煙治理中的適用性，并對催化燃燒技術在油煙治理方面的研究前景做出了展望。

引言
餐飲油煙是指在烹飪過程中產(chǎn)生的煙氣，化學成分非常復雜，對人體和環(huán)境都有較大危害。其中的揮發(fā)性化合物（VOCs）*與大氣中的O3、.OH等強氧化劑反應生成二次氣溶膠，并且在NOx存在的情況下發(fā)生光化學反應形成光化學煙霧，同時也是近年來夏季臭氧污染的來源之一，對環(huán)境有著很大的負面影響。同時，餐飲油煙對人體的影響也不容忽視，長期暴露在油煙的環(huán)境中，會影響人體的呼吸系統(tǒng)，流行病學證明餐飲油煙有一定的致癌風險。隨著大氣污染治理深入開展，餐飲油煙的治理得到進一步的重視，北京、上海、天津、深圳、重慶等地陸續(xù)出臺了針對餐飲業(yè)油煙排放的地方標準，將油煙排放限值設為1mg/m3，嚴于現(xiàn)有國家標準2mg/m3。此外，北京、深圳等多地新增了對顆粒物和非甲烷總烴排放濃度的限定。目前的油煙凈化方法主要是機械凈化法、靜電沉積法、洗滌吸收法、過濾吸收法等，這些處理方式主要聚焦于對油煙中油滴和顆粒物等的凈化，而對餐飲油煙中的VOCs去除率有限，不能滿足新的排放要求。對于油煙中揮發(fā)性處理多采用目前比較成熟的VOCs治理手段，包括吸附法、吸收法、生物法、等離子體法，催化氧化法等。其中，催化氧化法凈化VOCs是一種清潔的方法，其反應溫度低，**次污染，并且可同時處理多種類型的VOCs，因此對于油煙中VOCs的凈化有著良好的應用前景。鑒于本文首先分析明確了油煙中VOCs的組成及特點，并針對典型VOCs代表物催化凈化所用催化劑的新研究進展進行調(diào)研，在此基礎上分析總結(jié)適用于催化凈化油煙VOCs的催化劑需要具備的結(jié)構(gòu)特征，為油煙VOCs的催化凈化技術的開發(fā)提供一定的借鑒。

1、油煙排放特征
餐飲油煙中揮發(fā)性物的種類非常復雜，包括烷烴、烯烴、芳香烴、醛酮、酸酯、醇及少量的多環(huán)芳烴等，且其成份和濃度會因食用油種類、烹飪溫度、烹飪方法、食材等不同而有較大差異，反應過程中產(chǎn)生的物可能還會進一步發(fā)生二次反應生成毒性或者難以降解。大量研究表明（圖1&表1），油煙中含量較高的VOCs種類為烴類化合物和醛酮化合物，此外伴隨一定量的醇類、酸酯類化合物及少量的呋喃和鹵代烴。

圖1 五種典型食用油在260℃下加熱產(chǎn)生的油煙VOCs的質(zhì)量濃度比較

表1 餐飲油煙中典型污染物匯總

烴類污染物在餐飲油煙中的種類和含量豐富，主要包括碳C5-C30的正構(gòu)烷烴、烯烴及芳香烴，其中的十二烷、十八烷、二十烷、甲苯、二甲苯等是重要的促癌物，因此烴類污染物是餐飲油煙中不容忽視的典型污染物之一。徐幽瓊等采用氣相色譜法分析了大豆油、花生油、玉米油和菜籽油油煙中烴類物質(zhì)的含量，4種植物油產(chǎn)生油煙中烷烴總含量依次占總檢出污染物含量的49.74%、**、**和30.96%，其中菜籽油油煙中苯乙烯含量高達69.04%。何萬清等用氣質(zhì)聯(lián)用法測定了花生油、葵花籽油、大豆油、調(diào)和油及橄欖油等5種植物油在260℃生成油煙的組分（圖1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)烷烴、烯烴、芳香烴均是油煙主要成分，進一步測得烴類主要包括正戊烷、正庚烷、正辛烷、十四烷、十五烷，而烯烴主要有辛烯、庚烯。芳香烴則以甲苯為主，其次還包括二甲苯、乙苯。
大量研究表明，醛酮類污染物在油煙中的含量僅次于烴類，是油煙中另一典型揮發(fā)性污染物。朱杏冬等、汪篤權(quán)等和Zhang等分別測得在菜籽油、色拉油、豬油等多種油品所產(chǎn)生的油煙中醛類污染物含量將近占油煙中揮發(fā)性物的1/2。油煙中主要的醛類成分因烹飪條件的不同存在差異，何萬清等實驗檢測出的醛類以己醛為主，其次有庚烯醛、戊醛等；Peng等檢測到油煙中濃度較高的醛為己醛和癸二烯醛，其次為乙醛、丙醛、丁醛等。史純珍等用液相色譜法研究烹飪過程中產(chǎn)生的羰基化合物污染排放特征，發(fā)現(xiàn)油炸過程產(chǎn)生的油煙VOCs中含量較多的為丙烯醛，占比81.0%，其次為己醛和二甲基苯甲醛。這些研究結(jié)果均表明醛酮類物是油煙中不可忽視的污染組分，且因其具有毒性和誘變性，對人體危害較大，在油煙凈化過程中應受到高度重視。
酸類和酯類污染物也是餐飲油煙中含量較高的一類揮發(fā)性物。劉中文等通過GC-MS在食用烹調(diào)油（大豆油）所產(chǎn)生的油煙中檢測出多種酸酯類物質(zhì)。其中脂肪酸酯主要包括鄰苯二甲酸二丁酶、壬酸甲酯、9-十八碳烯酸甲酯及其異構(gòu)體15-十八碳烯酸甲酯，脂肪酸主要是油酸、亞麻酸。何萬清等檢測到以棕櫚酸、油酸乙酯等為代表的酸酯類物質(zhì)在油煙中也有著相對較高的含量。其中的不飽和脂肪酸如油酸和亞麻酸，還易發(fā)生氧化反應進一步轉(zhuǎn)化為醛和酮，因此餐飲油煙中的酸類和酯類污染物的去除也應受到關注。
醇類污染物在餐飲油煙中也占有很大的比重，何萬清等在五種食用油產(chǎn)生的餐飲油煙中都檢測到10種及以上的醇類，如戊醇、乙基乙醇、十二醇等，并將醇與烴類、醛酮、酸酯等一并列為油煙中的主要污染物質(zhì)。很多餐飲源實地油煙組分檢測中也同樣檢測有大量醇類。雖然醇類污染物毒性較低，但易發(fā)生反應生成醛類等高毒性污染物，因此在油煙的催化氧化中，也不可以忽略。

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