周 宁， 贺 翔， 胡建华， 肖明芳 ， 张 佳， 金小贤

(1.江苏圣典律师事务所， 南京 210019； 2.南京大学 环境规划设计研究院股份公司， 南京 210044)

党的十九大报告指出，要着力解决突出环境问题，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战[1]。中国的环保产业正处于从高速发展向高质量发展转变的重要节点，大气污染防治仍是今后环保重点工作，而挥发性有机物(VOCs)[2]的治理是环保工作的重中之重。《大气污染防治行动计划》实施以来，中国不断加强VOCs污染防治工作，印发VOCs污染防治工作方案，出台炼油、石化等行业排放标准，一些地区制定地方排放标准，加强VOCs监测、监控、报告、统计等基础能力建设，取得一些进展[3-4]。但VOCs治理工作依然薄弱，存在源头控制力度不足、无组织排放问题突出、治污设施简易低效等问题[5-8]。

室温催化处理VOCs是在室温和正常压力的条件下，通过催化活化产生能够清除挥发性有机物的高活性氧，从而达到消除VOCs的目的。气相催化臭氧氧化技术是近些年发展起来的一种高级氧化技术，也是目前主要的室温催化处理VOCs的技术，该技术结合催化和臭氧氧化[9]，使臭氧在催化剂作用下产生更多的具有强氧化能力的中间产物，这些中间产物氧化能力极强，反应无选择性，能快速氧化分解臭氧无法氧化的高稳定性、难降解的有机物，达到提高臭氧氧化能力的目的[10]，并且大大降低了反应温度，能够实现对挥发性有机废气的净化。与常规催化氧化法相比，所需的反应温度低，甚至在室温下亦有较好的催化效果；与常规臭氧氧化相比，能快速氧化分解臭氧无法氧化的高稳定性、难降解的有机物，例如甲苯等含高能键的有机物，最终生成二氧化碳、水和其他无机物[11-13]。

利用incoPat数据库对室温催化处理VOCs的全球专利进行检索分析。该数据库完整收录全球102个国家/组织/地区的1亿余件专利信息，全球专利每周更新3次。以摘要、标题或权利要求中包含“VOCs”“室温”“催化氧化”的专利文献进行检索，并以各关键词的缩写、全名以及中英韩日4国语言进行全球专利数据检索，再通过引证关系和同族关系扩充检索数据。本文的检索数据截止日期为2021年4月30日。因各国专利满18个月才公开，因此2019—2021年的数据可能因为部分专利数据未公开而不准。通过以上检索方式，获得全球专利71项，对这71项专利进行人工筛选后为55项，本文以这55项专利作为研究对象对室温催化处理VOCs技术的专利申请量趋势、申请人、技术功效等进行分析，其中中国申请量为40项。由于中国室温催化处理VOCs专利申请量占比很大，相关专利申请量超过世界其他国家总和，为了分析的准确性和合理性，本文将中国和国外专利分开分别进行统计分析。

1 室温催化处理VOCs的全球专利申请趋势分析

图1为室温催化处理VOCs相关专利申请趋势。全球第一个室温催化专利是韩国Union Carbide Chemical Plastics Co Inc于1990年12月7日申请的专利Pollution Abatement System，此专利涉及到利用臭氧和臭氧氧化催化剂处理空气中挥发性有机物的系统[14]。1990—2000年没有相关专利申请。从图1(a)中可以看出，全球室温催化处理VOCs相关专利申请在2000—2012年呈波动状态，与国外室温催化处理VOCs相关专利申请趋势相同，从2012年后总体呈波动上升趋势，主要是由于2012年开始中国室温催化处理VOCs相关专利申请趋势总体呈波动上升趋势，由于中国相关专利申请量较大，超过了其他国家申请量的总和，所以对全球专利申请趋势影响较大。

图1 全球及中外室温催化处理VOCs相关专利申请趋势

中国第一件室温催化处理VOCs的专利是：一种低温有机恶臭气体处理系统(申请日为2012年8月22日，申请人为长英夫、鞠庆玲)。系统由臭气收集系统、臭氧发生系统、臭氧氧化预反应区、生物除臭塔、热能回收系统和喷淋散水装置组成。系统运行时有机恶臭气体在通过除臭风机后的输送管道内与来自臭氧发生器的臭氧混合，进入臭氧氧化预反应区，反应结束后的气体通过生物除臭塔底部进入生物除臭塔，生物除臭塔底部设有热能回收系统。在生物除臭塔中，臭气中污染物被炭质生物填料层中微生物分解后从生物除臭塔的上部出风口达标排放，填料层上方设有喷淋水散水系统。此系统尤其适用于温度低于5 ℃有机恶臭气体的处理系统。装置构造简单，系统基本不产生二次污染，运行费用低，操作管理简单[15]。相较于国外，中国关于室温催化处理VOCs的研究起步比较晚。2012—2019年，中国关于室温催化处理VOCs的专利申请量呈缓慢波动上升状态，此阶段为技术萌芽阶段；由于发明专利申请到公开有18个月的时间，实用新型专利审查结束才会公开，所以2019—2021年的专利申请数量会有偏差，因此可以预见中国关于室温催化处理VOCs的研究目前乃至未来数年可能仍处于技术萌芽期，而且随着对室温催化的催化剂、设备及与其他处理手段结合的深入探索和研究以及室温催化自身在处理VOCs方面的优势，室温催化在VOCs领域中的应用研究越来越受到重视。这对于申请人来说也是一个机会，可以结合实际需求和研究方向考虑室温处理VOCs的研究方向，而且国外关于室温催化处理VOCs的专利并不多，选择国外专利布局也具有一定的优势。

图2 全球室温催化处理VOCs相关专利国家及组织分布

图3 1990—2021年全球室温催化处理VOCs相关专利国家及组织申请趋势

2 室温催化处理VOCs的专利技术国家及组织分布分析

图2显示了全球室温催化处理VOCs相关专利的国家及组织分布，图3显示了全球室温催化处理VOCs相关专利国家及组织申请趋势。从图中可以看出，相关专利主要集中在中国，其次是韩国、美国、日本等，可见日韩美将是中国在室温催化处理VOCs领域的最大竞争对手。中国作为室温催化处理VOCs技术专利的最大申请目标国，且集中在最近数年，尤其是2016年以后，一方面说明中国已经开始研究室温催化处理VOCs并在该技术领域取得了一定技术成果，另一方面也反映了国内外对室温催化处理VOCs技术研究还不深，存在一定的技术空白，可以抓住机会通过专利的提前布局，提前占领技术领地，从而划分市场。

表1反映了全球室温催化处理VOCs相关专利流向情况。由表1可以看出，韩国、美国、日本关于室温催化处理VOCs的相关专利并不多，但是这些国家对外布局的专利占室温催化处理VOCs专利申请总量的比例较大，说明这些国家专利布局和保护意识领先。从专利公开国别可以看出，美国、韩国被外国布局的专利较多，说明这两个国家是全球最大室温催化处理VOCs技术目标市场，各国提前的专利布局能更好地占领市场。而在中国暂时还没有被外国进行专利布局，这主要是由于室温催化处理VOCs的研究起步都较晚，而且专利申请量还比较少，大部分的研究可能还处于小规模的研究阶段，还没有进入产业化阶段，所以国外还没有关注到中国的市场；中国室温催化处理VOCs专利申请量最大，在室温催化处理VOCs技术强国美国、韩国也都进行了专利布局，但是国外布局的专利数量占申请总量比例较小，中国的专利布局主要还是在国内，说明中国的申请人开始关注国外专利布局，但是中国申请人的全球布局意识还不强；在国内外室温催化处理VOCs方面专利技术发展还处于技术成长期，专利布局还较少的情况下，中国申请人可以一边关注国内室温催化处理VOCs市场，进行国内专利布局，一边提高全球专利布局意识，一方面对国外各国家地区直接进行专利布局，另一方面通过欧专局、世界知识产权组织进入各个国家和地区；不仅在国内进行专利布局，提前占领国内市场，在室温催化处理VOCs技术强国也进行专利布局，提前占领技术市场，提升自身的全球竞争力。

图4 全球室温催化处理VOCs相关专利的申请人申请量排名

图5 全球室温催化处理VOCs相关专利的申请人专利价值度

表1 全球室温催化处理VOCs相关专利流向

3 室温催化处理VOCs的申请人分析

图4为全球室温催化处理VOCs相关专利的申请人申请量排名情况。从图上可以看出，申请人中高校和研究院的专利申请总量较多，而且申请量排名第一的为高校，科研院所和高校更倾向基础技术的研究开发，这也说明了室温催化处理 VOCs还处于前期的研究阶段，还没有真正进入市场产业化阶段。

专利价值度是参考技术稳定性、技术先进性和保护范围3个方面20余个参数，对专利进行分析后得出的关于专利价值的综合评价指标。研究申请人专利的价值度评分分布情况，可以宏观了解申请人的专利质量，从而客观评价申请人在专利方面的竞争实力[16-17]。图5为全球室温催化处理VOCs相关专利的申请人专利价值度。从图上可以看出，价值度最高的为香港城市大学申请的1件专利，专利价值度达到10，而北京化工大学的专利价值度为5(3件)、6(1件)、8(1件)、9(1件)，哈尔滨工业大学(深圳)的专利价值度为6(1件)、8(1件)。图5还反映出虽然国内申请人专利申请总量较多，但是高价值度的专利占比相对较少，这可能是由于中国关于室温催化处理VOCs的专利申请主要集中在近几年(2016年后的专利申请量较多)，专利存续时间较短影响了专利价值度评判中的技术稳定性，从而导致专利价值度降低；但这也应该引起国内申请人的重视，在技术研发和专利布局过程中应该重视提高技术研发水平和专利价值。

图6为中国室温催化处理VOCs相关专利的申请人构成类型。从图中可以看出，申请人为企业的最多，其次为高校、科研单位、个人，高校和科研单位的申请总量大于企业，而高校和科研单位更倾向于基础技术研究，说明室温催化处理VOCs目前还处于基础研究阶段，还没有真正的市场化。

图6 中国室温催化处理VOCs相关专利的申请人构成类型

图7为中国室温催化处理VOCs相关专利的申请人申请量排名，图8为中国室温催化处理VOCs相关专利的高校和科研单位申请人申请量排名。从图中可以看出，申请量排名前10的申请人中高校和科研单位的申请总量大于公司的申请总量，这也进一步说明了中国室温催化处理VOCs技术更多的还处于前期的基础研究阶段，高校和科研机构的研发能力相对较强，南大环规院在后期关于室温催化处理VOCs的研究过程中可以参考图8中的申请人申请量排名选择合适的合作高校和科研机构，推进产学研结合，而对于申请人为公司的可能会成为南大环规院在国内室温催化处理VOCs市场的竞争对手，可以通过研究已申请的专利进行规避，并开发新的技术进行专利布局，提前占领技术高地，提升自身的市场竞争力。

图7 中国室温催化处理VOCs相关专利的申请人申请量排名

图8 中国室温催化处理VOCs相关专利的高校和科研单位申请人申请量排名

图9 中国室温催化处理VOCs相关专利的发明人申请量排名

4 室温催化处理VOCs的发明人分析

图9为中国室温催化处理VOCs相关专利的发明人排名情况，结合图7对申请人的分析可以看出，各公司可加强与北京华安格林艾尔科技、青岛光华环保科技的合作，进一步加强市场开拓。另外，各公司也可以加强与高校和科研机构的合作，如北京化工大学、哈尔滨工业大学(深圳)、浙江省环境保护科学设计研究院等。来自北京化工大学的徐仲均团队以6件的申请量排名第1，也是国内鲜有的针对室温催化处理VOCs投入较多的研发团队。排名靠前的其他发明人申请量在2件左右，而且分散在各个单位中，表明中国在VOCs治理领域的科研力量较为分散。各公司在室温催化处理VOCs研发过程中寻求合作时可以考虑北京化工大学的徐仲均团队、哈尔滨工业大学(深圳)朱荣淑和朱满玉团队以及浙江省环境保护科学设计研究院，进一步加强公司的研发能力。

5 室温催化处理VOCs的技术分析

根据室温催化处理VOCs涉及的技术分支，将其分为装置、方法、催化剂、装置+方法、装置+催化剂、方法+催化剂。其中，装置内容包括室温催化处理VOCs的处理装置、系统等，方法包括具体的处理方法，催化剂包括催化氧化臭氧的催化剂，方法+催化剂为同时涉及方法和催化剂。

图10为全球室温催化处理VOCs相关专利技术内容分布。从图中可以看出，室温催化处理VOCs相关专利在装置、方法和材料方面均有涉及，但专利申请最多的是装置，而涉及催化剂和方法的专利申请相对比较少，说明研发人员在后期的研发过程中可以围绕催化剂和方法展开相应的研发，以尽早进行专利布局，获得优势。同时，有部分专利申请仅涉及了单独的催化剂和装置，在后期专利布局中也可以增加对这些催化剂和装置应用相关的专利申请，以获得更完善的布局。图11为全球室温催化处理VOCs相关专利技术申请年份分布情况。从图中可以看出，室温催化处理VOCs各个方向的研究都集中在2016年以后，主要由于中国最近数年经济飞速发展，生活水平的提高带动整个社会对环境问题的重视，2010年以后中国VOCs处理总体处于技术成长期，常规的处理VOCs的技术已经研究较多，需要研发突破新的技术， 而且2013年5月原环境保护部出台的《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》提出VOCs污染应遵循源头和过程控制与末端治理相结合的综合防治技术原则[18]；2013年9月国务院发布的《大气污染防治行动计划》明确了VOCs排放的重点行业和针对性治理措施[3]，首次提出将VOCs纳入排污费征收范围，同时强调了对VOCs排放总量进行控制。国家的一系列政策的出台推进了VOCs技术的发展，从图11中还可以看出，其中对装置的研究最多，这说明室温催化处理VOCs不仅仅停留在基础研究，也在逐步地转向到实际应用中。

图10 全球室温催化处理VOCs相关专利技术内容分布

图11 全球室温催化处理VOCs相关专利技术申请年份分布

图12 室温催化处理VOCs相关专利技术功效年份分布

图12为室温催化处理VOCs相关专利技术功效年份分布情况，图13为室温催化处理VOCs相关专利及解决主要技术问题。从图中可以看出，室温催化处理VOCs各个方向的研究都集中在2010年以后，尤其是2016年以后，降低成本和提高处理效率这两个技术功效的相关专利申请最多，其次是环保、避免二次污染。常见的解决方案：①针对成本高的问题，采用简化装置，降低催化剂制作成本，使装置具有结构简单、建设成本低、运行能耗小等特点；②针对处理效率低的问题，通过对催化剂进行改性提高催化剂的催化活性，从而提升处理效率。降低成本和提高处理效率切实关系到实际处理过程以及后期投入生产的价值，而环保也是近年来越来越受到关注的问题，因为降低成本、提高处理效率和环保问题是目前申请人最关注的技术问题。

图13 室温催化处理VOCs相关专利及解决主要技术问题

图14 室温催化处理VOCs催化剂相关主要专利

室温催化处理VOCs技术中催化剂起到非常关键的作用，决定了处理效率的高低。图14为目前室温催化处理VOCs催化剂相关主要专利。从图中可以看出，催化剂分为催化氧化臭氧处理VOCs和催化氧化甲醛处理VOCs，催化氧化臭氧处理VOCs催化剂分为氧化锰系催化剂、载体+活性组分、分子筛+金属、稀土氧化物改性氧化铜+氧化锰；其技术功效都为降低成本和提高净化效率。CN106807239A为以甲醛为助剂的催化剂，在足量甲醛存在的条件下，催化中心选择钯(Pd)、铑(Rh)或钌(Ru)，优选双金属中心的催化体系，其中第一金属催化中心是钯(Pd)、铑(Rh)或钌(Ru)，第二金属催化中心是铁(Fe)或铜(Cu)，整个催化体系采用异相催化体系或者均相催化体系，能在室温和常压下，以空气中存在的甲醛为助剂，将空气中的氧气活化为高活性氧的催化体系，催化得到的高活性氧可以清除空气中所有的挥发性有机污染物，包括最难以清除的苯，具有清除效果好、快速有效，清除过程不需要增压，常压下即可完成特点，而且制备方法简单，容易实施而推广应用。可以根据图14中催化剂的选择对催化剂进行改性以适应具体的处理过程，还可以将选择的催化剂应用到装置中，或者与其他处理技术相结合达到更好的技术功效。

6 结语

室温催化处理VOCs是在室温和正常压力的条件下，通过催化活化产生能够清除挥发性有机物的高活性氧，从而达到消除VOCs的目的。与常规催化氧化法相比，所需的反应温度低，甚至在室温下亦有较好的催化效果；与常规臭氧氧化相比，能快速氧化分解臭氧无法氧化的高稳定性、难降解的有机物，例如甲苯等含高能键的有机物，最终生成二氧化碳、水和其他无机物。

国外室温催化处理VOCs技术起步比中国早，但专利申请量低于中国，目前中国室温催化处理VOCs处于技术萌芽阶段，随着对室温催化处理VOCs的催化剂、设备及与其他处理手段结合的深入探索和研究以及室温催化自身在处理VOCs方面的优势，室温催化在VOCs领域中的应用研究越来越受到重视，这对于公司来说也是一个机会，可以结合公司的实际需求和研究方向考虑室温处理VOCs的研究方向，而且目前国内外关于室温催化处理VOCs的专利并不多，反映了国内外对室温催化处理VOCs技术研究还不深，存在一定的技术空白，公司可以抓住机会通过专利在国内外的提前布局，提前占领技术领地，从而划分市场，提升自身的全球竞争力。

目前室温催化处理VOCs相关专利在装置、方法和材料方面均有涉及，但专利申请最多的是装置，而涉及材料(催化剂)和方法的专利申请相对比较少，说明研发人员在后期的研发过程中可以围绕催化剂和方法展开相应的研发，以尽早进行专利布局，获得优势。目前涉及的催化剂分为催化氧化臭氧处理VOCs催化剂和催化氧化甲醛处理VOCs催化剂，催化氧化臭氧处理VOCs催化剂分为氧化锰系催化剂、载体+活性组分、分子筛+金属、稀土氧化物改性氧化铜+氧化锰，其技术功效都为降低成本和提高净化效率。催化氧化甲醛处理VOCs催化剂为双金属中心的催化体系，但是相关专利的技术功效更多的是降低成本、提高处理效率，其他技术功效的研究并不多，仍存在很多技术空白点。可以根据上述分析选择催化剂并对催化剂进行改性以适应具体的处理过程，还可以将选择的催化剂应用到装置中，或者与其他处理技术相结合达到更好的技术功效；同时有部分专利申请仅涉及了单独的催化剂和装置，在后期专利布局中也可以增加对这些催化剂和装置应用相关的专利申请，以获得更完善的布局。