一、前言

纺织工业生产过程产生的大气污染主要是有机废气，这些有机废气主要包含油烟、细微颗粒物、苯类、氯代烃类、醛类等，同时也含有无机废气如二氧化硫、二硫化碳和氨气等恶臭气体以及生产过程中出现的纤维絮状物等。

纺织品生产过程中产生的大量有机废气（VOCs）已经对大气环境造成严重污染。据《2011—2020年非常规性控制污染物排放清单分析与预测研究报告》中关于纺织皮革制鞋工业的不xx统计数据显示，目前我国纺织工业VOCs排放总量占工业VOCs排放总量的30%左右，在不同来源VOCs排放总量中的分担比例为8.8%。VOCs是雾霾生成的前体物质之一，是形成PM2.5的重要成分。

VOCs污染控制技术包括回收技术和销毁技术，各种技术处理能力的比较如下表：

工艺		高浓度		低浓度		最终产物	适用范围	不足
		效率	费用	效率	费用
回 收 技 术	吸附	中	中	高	高	有机物	低浓度，范围广	吸附剂需再生处理
	吸收	高	高	中	高	有机物	高浓度，特定范围	吸收剂难以选择
	冷凝	中	低	中	高	有机物	高浓度，单组份	高浓度特定组分
	膜	高	低	中	中	有机物	高浓度，范围广	作为冷凝前处理工序
销 毁 技 术	燃烧	高	高	高	高	CO2,H2O	高浓度，范围广	易产生有毒中间产物
	光催化	高	中	中	中	CO2,H2O	高浓度，范围广	催化剂难固定，失活
	生物	低	低	高	低	CO2,H2O	低浓度，范围广	对温度湿度变化灵敏
	等离子体	中	中	高	低	CO2,H2O	低浓度，范围广	电源要求高，有毒产物

下图是纺织工业中定型机废气处理的装置，已在多个大型纺织企业中应用，其中F处为油烟处理部分，G处为VOCs废气处理部分。

图1 纺织工业定型机废气处理的装置

二、光催化氧化法

通过调研发现，光催化氧化法在治理VOCs方面有着很高的优势，不但xxx高，对使用环境要求低，更重要的是不会产生有毒中间产物。光催化氧化法主要是利用催化剂(如TiO2)的光催化性，氧化吸附在催化剂表面的VOCs，最终产生CO2和H2O。根据半导体的电子结构可知，TiO2的带隙能 Eg=3.2 eV，因此只有波长小于 380 nm的紫外光才能激发 TiO2产生导带电子和价带空穴，导致 VOCs 的氧化分解。

图2 TiO2光催化降解VOCs反应机理图

紫外光源作为光催化氧化处理技术的核心部分，它的结构、发光方式、光源寿命都与光催化氧化的效率密切相关，紫外光源对光催化氧化的影响体现在光波长、光强和光照时间三个方面。

紫外光源的发射波长越小，光催化降解效率越高，实践中常用180～380nm波段，不同波长的光对污染物降解的效率不同，通常是光源的放射波长越短，反应器的降解效率越高，如254nm波段的紫外光。

通过实地调研可知，光强与光催化效率的关系比较复杂，光强的选取需要根据光触媒属性决定，一般情况下光强与催化效率成正比关系，但是过高的光强不仅不能提高降解速率，还会增加系统成本。而在光照时间方面，增加表面的光照时间可以增加降解速度，但需要根据有机物性质及浓度情况而定，过高的光照时间反而会降低系统效率。

三、紫外LED

紫外LED (UV-LED)即紫外发光二极管，具有节能、环保、长寿等优点，是公认的新一代光源。UV-LED光源与传统汞灯相比有如下优势：

1.节能：汞灯的辐射效率是15%-20%，加上灯具后效率降为10%-15%，而在良好的散热系统下385nm-405nm的UV-LED效率为25%-30%，加工成灯具后效率为20%-25%。

2.环保：汞灯不但自身含有大量汞，对环境造成严重污染，而且在使用过程中会产生大量臭氧，危害身体。

3.长寿：考虑到驱动电源及散热系统影响，目前大功率LED的寿命为3万小时，而汞灯的寿命，国产为1万小时，进口为2万小时。

4.体积小，可灵活集成：传统汞灯的长度一般为75px-8750px，而单颗LED芯片为1mm，可按照使用要求自由集成，并可根据光学要求设计特殊结构。

在纺织工业的VOCs处理中，UV-LED以其节能环保及设计灵活的优点有着非常大的优势，但目前仍存在一些需要解决的问题，主要体现在寿命、效率和成本方面：

1.封装器件寿命

在使用的过程中我们希望紫外光源的辐射能量尽可能高，这就需要采用COB封装技术，并且芯片间的距离小，还要输入高电流，这导致了器件整体的功率过高，从而带来了导热的问题。在白光COB封装中，多采用银胶固晶，但是在紫外LED封装中却不能用银胶，一来是银胶在持续的紫外照射下会老化，另一方面银胶的导热系数也不能满足要求，会影响UV-LED芯片的寿命。目前已经有企业开始采用共晶焊，如采用锡的合金代替银胶，但产品的良率尚待提高。

白光LED封装中常采用硅胶作为密封材料，一来是保护芯片不被氧化，二来是提高芯片的萃取率。UV-LED封装中是不能用硅胶的，一方面是硅胶受紫外线照射会老化、变黄，另一方面是器件功率的增高导致芯片表面温度过高，硅胶依然会以为高温而加速老化。目前有些企业采用矽胶替代硅胶，但并没有解决实质问题。还有些企业干脆采用裸芯的封装方式，不再使用硅胶密封，而是在器件上盖一片石英玻璃，或者里面充入一些氮气。

2.封装器件效率

目前UV-LED芯片只有385nm以上的波段效率达到了20%，具备替换汞灯的市场潜力。深紫外LED目前仍不成熟，245-250nmxx辐射能量为0.15mW。而385nm的LED芯片辐射能量已经达到1000 mW，因此目前除了加大深紫外LED芯片研发之外，就是研发出适用于385nm的高效催化剂。

在封装过程中，采用裸芯的方式虽然避免了因硅胶老化引起的器件寿命问题，但也带来了出光效率的问题。光由GaN发出，GaN的折射率是2.4，硅胶的折射率是1.5，空气的折射率是1.000277，氮气的折射率是1.000035，由全反射定律可知，采用裸芯封装比采用硅胶光萃取效率将下降近50%。若采用倒装方式封装，光由GaN发出，经蓝宝石辐射出来，蓝宝石的折射率为1.8，由此可以得出倒装结构的出光率将高于正装结构。

3.散热器

大功率的UV-LED光源均采用液冷散热，散热器内部结构是影响散热效果的主要因素之一。通常有翅片式、翅柱式、交叉柱式和交叉翅片式四种结构，采用不同的设计将会对散热器内部的湍流和散热器入口与出口压力降产生影响，进而影响到整个散热器的热流密度。因此在对水冷式散热器的内部结构设引时，要加强散热器的散热效果，可通过改变散热器内部的形状、扰流柱的数量、形状及排列方式等方法，尽可能增大内部换热面积以及提高冷却水的湍流强度。

4.驱动电源

在白光LED失效的案例中，有超过半数以上由驱动电源引起的。目前UV-LED光源设计中主要采用线性电源和开关电源，线性电源的优点是输出稳定，缺点是效率低，发热量大，使用寿命有很大的局限。而开关电源的优点则是体积小、重量轻、效率高、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化，缺点就是有输出噪声，电磁辐射比线性电源大。目前还有人在研究采用脉冲电源，主要是为了缓解UV-LED芯片散热压力。

四、总结

2014年11月26日国务院常务会议通过了《中华人民共和国大气污染防治法（修订草案）》，大气污染防治开始被国家重视。在废气治理的过程中，我们希望治理的方案和采用的技术要符合节能环保要求，同时治理的过程中也不会产生其他有害物质。UV-LED以其能耗低、不含汞、寿命长的优点必将在节能环保领域受到越来越多的重视，在纺织工业中，UV-LED不仅可以用来治理废气，同时还可以用在污水处理、除臭、服装xx、医疗产品xx等领域。

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