大氣環境（jìng）中VOCs的監測和治（zhì）理技術現狀及應用進展

近年來，隨著我國環保力度的不斷增加，揮發性有機物解析研究發展迅速，人們對不同城市和地區進（jìn）行了（le）大量的（de）研究。研（yán）究（jiū）表明，不同區域VOCs種（zhǒng）類和組成存在一定差異，但是烷烴（tīng）、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴等在各地普遍存在。到2020 年，中國大氣揮發性（xìng）有機物主要來源為溶劑，工業源比重（chóng）上升到24%，機動車尾氣、燃料燃燒將會下降至（zhì）11% 和16%。

1 揮發性有機物的來源及危害

揮發性（xìng）有機物的（de）熔點低於（yú）室溫， 沸點在50～260℃。其來源主要有人為源和天然源（yuán），就全球總量而言（yán），天然源排放量要大於人為源。天（tiān）然源包括植物（wù）排放、火（huǒ）山（shān）噴發、森（sēn）林草原火災等，排放量最多的是異戊二烯和單萜烯。人為源（yuán）可分為固定源、流（liú）動源和（hé）無組織排放（fàng）源三類，固定源主要是化石燃料燃燒，溶劑釋放（fàng）、廢棄物燃燒、石油儲存、鋼鐵工業、金屬冶煉，還有機動車、飛機等交通工具（jù）的排放；無（wú）組織源排放（fàng）包括（kuò）生物（wù）質燃燒、汽油以及（jí）油漆等揮發。其中，交通運輸是全球最大的揮發性有機物排放源，第二是溶劑的使用。

揮發性有機物在大氣中含量（liàng）複雜，在（zài）已經確（què）認（rèn）的600多種物質中，有20多（duō）種為致癌物或致突變物。很多的揮發性有機物能（néng）夠損壞人體的神經係統、腎髒、肝髒、血液成分和心血管係統，還能夠引起胃腸道紊亂，誘發免疫係統、內分泌係統及（jí）造（zào）血係統疾病，造成代（dài）謝缺陷。當若（ruò）幹種揮發（fā）性有機（jī）物共（gòng）存於一個空（kōng）間內時，其聯合毒性作用更強。揮發性有（yǒu）機物最為普遍的危害主要是對眼睛、鼻子以及咽（yān）喉的刺激，能夠引起眼睛刺痛、眨眼頻繁、流（liú）淚（lèi），鼻炎幹燥、刺痛、鼻塞等症狀。

2 揮發性有機物監測（cè）技術

2.1 氣相色譜法（GC）

氣相色譜法是現代分析技（jì）術中（zhōng）非常重要的（de）技術手段之一，它具有高靈敏度、高選擇（zé）性、分析速度快及應用範圍廣等特點，尤（yóu）其對異構體和多組分的混合物能夠很好地進行定性和定量（liàng）檢測（cè）。在針對揮發性有機物進行檢測時，氣（qì）相色譜通常與氫火焰離子檢測（cè）器（FID）、電（diàn）子捕獲（huò）檢（jiǎn）測器（ECD）、質譜檢測器（MS）和光離子化檢測器（PID）等進行聯用。針對不同的揮發性有機物，人們可以選擇不同的聯用檢測器，增加氣相色譜的功能和（hé）監測範圍。例如，氫火焰（yàn）離子檢測器對烴類有機物具（jù）有較高的檢測靈敏度，而電子捕獲（huò）檢測器對鹵代烴和烷基硝酸鹽更靈敏。自從1957年研究人員首次實現了氣相色譜與質譜聯用進行化學分析監測以來，氣相色譜技術不斷發展，日（rì）臻完善。同時，人們（men）不斷將新技術引入氣相色譜技術中。氣（qì）相色譜和質譜（pǔ）聯用結合了混合成分的高效分離能力和純化物的準確鑒定能力，提高了對複雜的揮發性有機物樣品的檢測能（néng）力，避免了氣相色譜定性的局（jú）限性。

2.2 高效液（yè）相色譜法（HPLC）

高效液相色譜是色（sè）譜技（jì）術中一項重要技術，和氣相色譜不同的是，它以（yǐ）液（yè）體為流動相，利（lì）用高壓輸液係統，把樣品中不同極性的單一溶劑或（huò）者不同比例的混合溶劑（jì）等流動（dòng）相裝入色譜柱中（zhōng），在柱（zhù）中進行樣品（pǐn）分離（lí），隨後進入檢測器進（jìn）行檢測，從而實現對樣品的分離和檢測。高效液相色譜法靈（líng）敏度高而且選擇性好，對於空氣中的醛（quán）酮類化合物以及類似的揮發性有機物有著更好的檢測效果。

2.3 在線監測大氣VOCs方法

大氣中揮發性有（yǒu）機物活性較高，而且在（zài）采集和分析過程中存在很多的幹擾因素，因此影響了揮發性有機物的分析和檢測，導（dǎo）致分析誤差。在線分析技術（shù）避免了樣品采集過（guò）程中的一些幹擾因素，使檢測結果更（gèng）為準確。其中，質子轉移反應質（zhì）譜是一種應用較多的技術（shù），主要用於檢測痕（hén）量揮發有機物的分析，檢測速度快、靈敏度高（gāo）、分析所需時間短，而且在線采樣無需濃縮，保證（zhèng）結果更為準確。

質（zhì）子轉（zhuǎn）移（yí）反應質譜主要由離子源（yuán）、漂流管和離子檢測係統（tǒng）組成。樣（yàng）品檢測前首先對揮發性有機物樣品進行離子化，即使用H3O+ 與揮發性有機物樣品反應，將其分子轉換成離子形態，然後產（chǎn）生的離子進（jìn）入漂流管末（mò）端的治理檢測器進（jìn）行檢測。國外一些研究者利用質子轉移反應（yīng）質譜進行了大量（liàng）的（de）研（yán）究，有研究者采用質子轉移（yí）反（fǎn）應質譜檢測（cè）伊比利亞半（bàn）島的（de）大氣VOCs 濃度，其中城市地區的樣品（pǐn）采用四級質譜（pǔ）檢測器，鄉村地區（qū）的采用飛行時間質譜檢測器進行檢測；還有研究者在西班牙巴塞羅那近郊對VOCs 進行檢測，研究其（qí）日、周和季節的變化規律，檢測到的揮（huī）發性有機（jī）物包括甲醛、乙醛、甲醇和異戊二烯等。還有學者利用質子轉移反應質譜對墨西哥灣的深水地平線石油泄漏地區上空的大氣環境進行監測，同時與氣相色譜聯用，識別原油樣品中出現的主要質量信號，均取得了良好的檢測效果。

3 揮發性有機物的治理技術

大氣中存在的揮發性有機物成分複雜，其廢氣治理特點主要表現為處理對象（xiàng）多，不同行業產生的廢（fèi）氣差距較大，治理技術差別較大，不同行業會（huì）呈現出各自的特點。例如，化工行業（yè）領域產生的揮發性有機物氣體成分較為簡單，排放物質性質較為明確，總體治理難度較小。製藥領（lǐng）域相比化工行業治理難度較大，主要是由於製藥行業的廢氣排放呈現間歇性、排（pái）放濃（nóng）度變化較大。不管是化工行業還其他領域，產生的揮（huī）發性有機物廢（fèi）氣種類大約有（yǒu）千種，其中有200 多種對人體有較大的影響。通常，揮發性有機廢氣常常混雜在一（yī）起，增加（jiā）了（le）治理難度。

3.1 熱（rè）破壞法

熱破壞法是揮發性有機廢氣治理中應用較為廣泛的技術，主要有催化燃燒和直接燃燒。該方法主要利用催化燃燒、直接燃燒（shāo）的（de）熱裂（liè）解和熱（rè）分解（jiě）、氧化技術來破壞揮發性有機物（wù），可以對其產生分解、聚（jù）合以（yǐ）及自（zì）由基反（fǎn）應，最終（zhōng）降低有機物（wù）濃度，使其不再具有危害性。熱破壞法對於低濃度的揮發性有機廢氣處理效果較好，直燃燒處理效率較（jiào）高，一般（bān）情況（kuàng）下可達到99%。催化（huà）燃燒需（xū）要在催化床的作用下來完成揮發（fā）性有機廢氣的處理，催化劑主要是金屬及金屬鹽，但其處理成本較高。近（jìn）年來，隨著研發（fā）力（lì）度的不（bú）斷加大，催化劑研究（jiū）取得了較大（dà）的發展，使得催化技術（shù）應用較為成熟穩定。

3.2 電暈法

電暈是帶電體表麵在氣體或（huò）者液體介質（zhì）中發生局部放電的一種現象，能（néng）夠產生臭氧及氧化氮等物質，而這些（xiē）物質可以對有機物產生（shēng）氧化反（fǎn）應（yīng）。電暈法治理揮發性有機廢氣，是（shì）利（lì）用前沿（yán）陡峭、脈衝窄的高壓脈電暈的電，在常溫（wēn）常壓下產生非平（píng）衡等離子體，進（jìn）而產生大量的（de）高能電子和活性粒子，而這（zhè）些物質能夠氧化分解揮發性有機物及其中的有害成分，從而實現揮發性有機廢氣（qì）的無害化。

3.3 光分解法

光分解（jiě）法是利用光（guāng）的直接照射或者催化（huà）劑的作用，使得揮發（fā）性有機（jī）廢氣得到分解（jiě）。光分解法治理揮發性有機（jī）物的原（yuán）理是，在光（guāng）波照射下，光催化劑產生羥基自由基（-OH），羥基（jī）自（zì）由基具有強氧化性，能夠氧化分解揮發性有機廢（fèi）氣，進而生成H2O、CO2 和無機物。由於氣相中具有較高（gāo）的（de）分子擴散、較（jiào）高的質量傳輸速率以及簡單的鏈反應，光分解（jiě）技術（shù）處理有機物效率高（gāo）、分解徹底，是治理揮發性有機物（wù）較為理想的技術。

3.4 超聲波解吸法

超聲波波解吸法是利用超聲波產生的（de）熱能來治理揮發（fā）性有機物，超聲波（bō）產生的熱能能夠增加吸附劑的解吸能力，實現去除汙染物的解吸效果。在治理揮發性有機物實踐研究中，超聲波解吸技術對聚合樹脂和活性炭等汙染物（wù）有著良好的效果。超（chāo）聲波治理技術還具有（yǒu）解吸速度快、所需活化能低等優（yōu）點，而且催化再生（shēng）揮發性（xìng）有（yǒu）機物中高（gāo）沸（fèi）點化合物容易引起吸附材料孔堵塞，進而影響其（qí）使用壽命。而傳統的吸附法對高沸點揮發（fā）性（xìng）有機物作用不明（míng）顯，因此研究者在（zài）傳統解吸法的基礎上改進了技術，提出了吸附+ 焚燒組合的氧化再生吸附法，取得了更（gèng）佳的處理效果。

3.5 低溫等離（lí）子體（tǐ）- 光催化技術

低溫（wēn）等離子體- 光催化技術（shù）是一項新興的揮發性有機物（wù）治理技術，在大氣環境汙染治理領域中有著良好的發（fā）展前景。實踐（jiàn）表明，在（zài）治理含有氮、硫及揮發（fā）性有物的廢（fèi）氣時，低溫等離子體（tǐ）- 光催化技（jì）術有（yǒu）著良好的處理效果。低溫（wēn）等離子體與（yǔ）光催化技術（shù）的結合，不僅優化了低溫等離子體技術，還能有效解（jiě）決（jué）光（guāng）催化技術應用中的難題。二者的有機結合，不僅能抑製揮發性有機物處（chù）理過（guò）程中的副產物，還能有效降低能耗，具有較高的經濟效益和環保效益。低溫等離子體-光催化技術具有淨化穩定、操作簡單以及工藝穩定性強等諸多優勢，但（dàn）也存在投資（zī）較大、等離子表麵（miàn）模塊易汙染等缺陷（xiàn），進而（ér）降低使用壽命和廢氣處理效率。

4 結語

隨著經濟的（de）迅速發展，揮（huī）發性有機物排（pái）放（fàng）量也日益劇增，由此引起的二次汙染問題越來越嚴重，相關治理工作刻不容緩。當前（qián），我國揮發性有機廢氣治理仍處於起步階段，缺乏一些重點企業和重要（yào）排放（fàng）源的排放數據。首先應（yīng）加強揮發性有機物廢氣（qì）的（de）監測（cè）技術更新，針對各行（háng）各（gè）業不斷完善標準規範，同時根據國內外先進的研究成果，製定科學、合理的政策和方案，引導企業（yè）研發揮發性有機物控製技術，不斷改進創新，減少揮發性有（yǒu）機物的（de）排放，保證生態環境可持續發展。