摘要：揮發(fā)性有機(jī)物是一種普遍存在的有機(jī)污染物,具有較強(qiáng)的刺激性和毒性,對(duì)大氣環(huán)境具有較大的影響。大氣中揮發(fā)性有機(jī)物組成復(fù)雜,二次產(chǎn)物多,是空氣中形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物來自機(jī)動(dòng)車輛、溶劑揮發(fā)以及工業(yè)排放。本文主要闡述了大氣中揮發(fā)性有機(jī)物的來源及危害,介紹了常用的揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)方法以及相應(yīng)的治理技術(shù),同時(shí)指出了環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物需要解決的問題,為大氣環(huán)境質(zhì)量的改善及污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱VOCs）是指在常溫下，沸點(diǎn)在50～260℃的各種有機(jī)化合物的總稱。揮發(fā)性有機(jī)物包含了各類有機(jī)物，主要成分有非甲烷碳?xì)浠衔铩Ⅺu代烴類、含氧有機(jī)化合物、含氮有機(jī)化合物等[1]。這些物質(zhì)對(duì)人體有著巨大的危害，會(huì)造成致癌、致突變、致畸等。隨著我國工業(yè)化發(fā)展加快，空氣污染也越來越嚴(yán)重。研究表明，空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物有600 多種，對(duì)大氣環(huán)境有著嚴(yán)重的影響。此外，VOCs也是造成PM2.5和O3產(chǎn)生的直接因素之一，成為國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者研究的重點(diǎn)之一。

近年來，隨著我國環(huán)保力度的不斷增加，揮發(fā)性有機(jī)物解析研究發(fā)展迅速，人們對(duì)不同城市和地區(qū)進(jìn)行了大量的研究。研究表明，不同區(qū)域VOCs種類和組成存在一定差異，但是烷烴、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(fā)性有機(jī)物主要來源為溶劑，工業(yè)源比重上升到24%，機(jī)動(dòng)車尾氣、燃料燃燒將會(huì)下降至11% 和16%。

1 揮發(fā)性有機(jī)物的來源及危害

揮發(fā)性有機(jī)物的熔點(diǎn)低于室溫， 沸點(diǎn)在50～260℃。其來源主要有人為源和天然源，就全球總量而言，天然源排放量要大于人為源。天然源包括植物排放、火山噴發(fā)、森林草原火災(zāi)等，排放量最多的是異戊二烯和單萜烯。人為源可分為固定源、流動(dòng)源和無組織排放源三類，固定源主要是化石燃料燃燒，溶劑釋放、廢棄物燃燒、石油儲(chǔ)存、鋼鐵工業(yè)、金屬冶煉，還有機(jī)動(dòng)車、飛機(jī)等交通工具的排放；無組織源排放包括生物質(zhì)燃燒、汽油以及油漆等揮發(fā)。其中，交通運(yùn)輸是全球最大的揮發(fā)性有機(jī)物排放源，第二是溶劑的使用。

揮發(fā)性有機(jī)物在大氣中含量復(fù)雜，在已經(jīng)確認(rèn)的600多種物質(zhì)中，有20多種為致癌物或致突變物。很多的揮發(fā)性有機(jī)物能夠損壞人體的神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟、肝臟、血液成分和心血管系統(tǒng)，還能夠引起胃腸道紊亂，誘發(fā)免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及造血系統(tǒng)疾病，造成代謝缺陷。當(dāng)若干種揮發(fā)性有機(jī)物共存于一個(gè)空間內(nèi)時(shí)，其聯(lián)合毒性作用更強(qiáng)。揮發(fā)性有機(jī)物最為普遍的危害主要是對(duì)眼睛、鼻子以及咽喉的刺激，能夠引起眼睛刺痛、眨眼頻繁、流淚，鼻炎干燥、刺痛、鼻塞等癥狀。

2 揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 氣相色譜法（GC）

氣相色譜法是現(xiàn)代分析技術(shù)中非常重要的技術(shù)手段之一，它具有高靈敏度、高選擇性、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，尤其對(duì)異構(gòu)體和多組分的混合物能夠很好地進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。在針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，氣相色譜通常與氫火焰離子檢測(cè)器（FID）、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）、質(zhì)譜檢測(cè)器（MS）和光離子化檢測(cè)器（PID）等進(jìn)行聯(lián)用。針對(duì)不同的揮發(fā)性有機(jī)物，人們可以選擇不同的聯(lián)用檢測(cè)器，增加氣相色譜的功能和監(jiān)測(cè)范圍。例如，氫火焰離子檢測(cè)器對(duì)烴類有機(jī)物具有較高的檢測(cè)靈敏度，而電子捕獲檢測(cè)器對(duì)鹵代烴和烷基硝酸鹽更靈敏。自從1957年研究人員首次實(shí)現(xiàn)了氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)行化學(xué)分析監(jiān)測(cè)以來，氣相色譜技術(shù)不斷發(fā)展，日臻完善。同時(shí)，人們不斷將新技術(shù)引入氣相色譜技術(shù)中。氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用結(jié)合了混合成分的高效分離能力和純化物的準(zhǔn)確鑒定能力，提高了對(duì)復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)物樣品的檢測(cè)能力，避免了氣相色譜定性的局限性。

2.2 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜是色譜技術(shù)中一項(xiàng)重要技術(shù)，和氣相色譜不同的是，它以液體為流動(dòng)相，利用高壓輸液系統(tǒng)，把樣品中不同極性的單一溶劑或者不同比例的混合溶劑等流動(dòng)相裝入色譜柱中，在柱中進(jìn)行樣品分離，隨后進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的分離和檢測(cè)。高效液相色譜法靈敏度高而且選擇性好，對(duì)于空氣中的醛酮類化合物以及類似的揮發(fā)性有機(jī)物有著更好的檢測(cè)效果。

2.3 在線監(jiān)測(cè)大氣VOCs方法

大氣中揮發(fā)性有機(jī)物活性較高，而且在采集和分析過程中存在很多的干擾因素，因此影響了揮發(fā)性有機(jī)物的分析和檢測(cè)，導(dǎo)致分析誤差。在線分析技術(shù)避免了樣品采集過程中的一些干擾因素，使檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。其中，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜是一種應(yīng)用較多的技術(shù)，主要用于檢測(cè)痕量揮發(fā)有機(jī)物的分析，檢測(cè)速度快、靈敏度高、分析所需時(shí)間短，而且在線采樣無需濃縮，保證結(jié)果更為準(zhǔn)確。

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜主要由離子源、漂流管和離子檢測(cè)系統(tǒng)組成。樣品檢測(cè)前首先對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物樣品進(jìn)行離子化，即使用H3O+ 與揮發(fā)性有機(jī)物樣品反應(yīng)，將其分子轉(zhuǎn)換成離子形態(tài)，然后產(chǎn)生的離子進(jìn)入漂流管末端的治理檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。國外一些研究者利用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜進(jìn)行了大量的研究，有研究者采用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜檢測(cè)伊比利亞半島的大氣VOCs 濃度，其中城市地區(qū)的樣品采用四級(jí)質(zhì)譜檢測(cè)器，鄉(xiāng)村地區(qū)的采用飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)；還有研究者在西班牙巴塞羅那近郊對(duì)VOCs 進(jìn)行檢測(cè)，研究其日、周和季節(jié)的變化規(guī)律，檢測(cè)到的揮發(fā)性有機(jī)物包括甲醛、乙醛、甲醇和異戊二烯等。還有學(xué)者利用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜對(duì)墨西哥灣的深水地平線石油泄漏地區(qū)上空的大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)與氣相色譜聯(lián)用，識(shí)別原油樣品中出現(xiàn)的主要質(zhì)量信號(hào)，均取得了良好的檢測(cè)效果。

3 揮發(fā)性有機(jī)物的治理技術(shù)

大氣中存在的揮發(fā)性有機(jī)物成分復(fù)雜，其廢氣治理特點(diǎn)主要表現(xiàn)為處理對(duì)象多，不同行業(yè)產(chǎn)生的廢氣差距較大，治理技術(shù)差別較大，不同行業(yè)會(huì)呈現(xiàn)出各自的特點(diǎn)。例如，化工行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物氣體成分較為簡(jiǎn)單，排放物質(zhì)性質(zhì)較為明確，總體治理難度較小。制藥領(lǐng)域相比化工行業(yè)治理難度較大，主要是由于制藥行業(yè)的廢氣排放呈現(xiàn)間歇性、排放濃度變化較大。不管是化工行業(yè)還其他領(lǐng)域，產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物廢氣種類大約有千種，其中有200 多種對(duì)人體有較大的影響。通常，揮發(fā)性有機(jī)廢氣常常混雜在一起，增加了治理難度。

3.1 熱破壞法

熱破壞法是揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，主要有催化燃燒和直接燃燒。該方法主要利用催化燃燒、直接燃燒的熱裂解和熱分解、氧化技術(shù)來破壞揮發(fā)性有機(jī)物，可以對(duì)其產(chǎn)生分解、聚合以及自由基反應(yīng)，最終降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性。熱破壞法對(duì)于低濃度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理效果較好，直燃燒處理效率較高，一般情況下可達(dá)到99%。催化燃燒需要在催化床的作用下來完成揮發(fā)性有機(jī)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。近年來，隨著研發(fā)力度的不斷加大，催化劑研究取得了較大的發(fā)展，使得催化技術(shù)應(yīng)用較為成熟穩(wěn)定。

3.2 電暈法

電暈是帶電體表面在氣體或者液體介質(zhì)中發(fā)生局部放電的一種現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生臭氧及氧化氮等物質(zhì)，而這些物質(zhì)可以對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生氧化反應(yīng)。電暈法治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，是利用前沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電，在常溫常壓下產(chǎn)生非平衡等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生大量的高能電子和活性粒子，而這些物質(zhì)能夠氧化分解揮發(fā)性有機(jī)物及其中的有害成分，從而實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的無害化。

3.3 光分解法

光分解法是利用光的直接照射或者催化劑的作用，使得揮發(fā)性有機(jī)廢氣得到分解。光分解法治理揮發(fā)性有機(jī)物的原理是，在光波照射下，光催化劑產(chǎn)生羥基自由基（-OH），羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，能夠氧化分解揮發(fā)性有機(jī)廢氣，進(jìn)而生成H2O、CO2 和無機(jī)物。由于氣相中具有較高的分子擴(kuò)散、較高的質(zhì)量傳輸速率以及簡(jiǎn)單的鏈反應(yīng)，光分解技術(shù)處理有機(jī)物效率高、分解徹底，是治理揮發(fā)性有機(jī)物較為理想的技術(shù)。

3.4 超聲波解吸法

超聲波波解吸法是利用超聲波產(chǎn)生的熱能來治理揮發(fā)性有機(jī)物，超聲波產(chǎn)生的熱能能夠增加吸附劑的解吸能力，實(shí)現(xiàn)去除污染物的解吸效果。在治理揮發(fā)性有機(jī)物實(shí)踐研究中，超聲波解吸技術(shù)對(duì)聚合樹脂和活性炭等污染物有著良好的效果。超聲波治理技術(shù)還具有解吸速度快、所需活化能低等優(yōu)點(diǎn)，而且催化再生揮發(fā)性有機(jī)物中高沸點(diǎn)化合物容易引起吸附材料孔堵塞，進(jìn)而影響其使用壽命。而傳統(tǒng)的吸附法對(duì)高沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物作用不明顯，因此研究者在傳統(tǒng)解吸法的基礎(chǔ)上改進(jìn)了技術(shù)，提出了吸附+ 焚燒組合的氧化再生吸附法，取得了更佳的處理效果。

3.5 低溫等離子體- 光催化技術(shù)

低溫等離子體- 光催化技術(shù)是一項(xiàng)新興的揮發(fā)性有機(jī)物治理技術(shù)，在大氣環(huán)境污染治理領(lǐng)域中有著良好的發(fā)展前景。實(shí)踐表明，在治理含有氮、硫及揮發(fā)性有物的廢氣時(shí)，低溫等離子體- 光催化技術(shù)有著良好的處理效果。低溫等離子體與光催化技術(shù)的結(jié)合，不僅優(yōu)化了低溫等離子體技術(shù)，還能有效解決光催化技術(shù)應(yīng)用中的難題。二者的有機(jī)結(jié)合，不僅能抑制揮發(fā)性有機(jī)物處理過程中的副產(chǎn)物，還能有效降低能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。低溫等離子體-光催化技術(shù)具有凈化穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單以及工藝穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，但也存在投資較大、等離子表面模塊易污染等缺陷，進(jìn)而降低使用壽命和廢氣處理效率。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，揮發(fā)性有機(jī)物排放量也日益劇增，由此引起的二次污染問題越來越嚴(yán)重，相關(guān)治理工作刻不容緩。當(dāng)前，我國揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理仍處于起步階段，缺乏一些重點(diǎn)企業(yè)和重要排放源的排放數(shù)據(jù)。首先應(yīng)加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物廢氣的監(jiān)測(cè)技術(shù)更新，針對(duì)各行各業(yè)不斷完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)根據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)的研究成果，制定科學(xué)、合理的政策和方案，引導(dǎo)企業(yè)研發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物控制技術(shù)，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放，保證生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。