大气中VOCs的监测和治理技术浅析

王小明

摘    要：VOCs对人们的身体健康会产生严重损害，也给国民经济造成严重损失。如果人体长期接触有机废气，会通过呼吸系统或皮肤吸收到体内，引起肝、神经及造血系统的损伤，因此有机废气的治理越来越受到人们的重视，成为了大气污染治理中的重点之一。因此为了保障VOCs治理的有效性，本文概述了VOCs，对大气中常用的VOCs监测技术和治理技术进行了探讨分析。

关键词：VOCs;大气;监测技术;治理技术

1  VOCs的概述

大气中VOCs属于有害气体中的一种，其主要是指沸点在50～260摄氏度以及室温饱和气压大于133.3Pa的易挥发性的有机化合物，达到这样的条件就可能会产生挥发性的有机化合物，从而影响空气质量，对人类身体健康造成伤害。其主要成分为烃类、氨、硫化物、醛类等等，其中最为人知的就是甲醛。根据世界卫生组织所下的定义，挥发性有机化合物大多数都不易溶于水而易溶于有机溶剂，但甲醛是一个例外，其极易溶于水，所以绝大数情况下挥发性有机废气在空气中的各自浓度都不是很高，但是由于其共存时的联合作用难以控制，治理起来十分困难。并且挥发性有机废气传播范围广，污染来源多，危害性极大，给人们的生产和生活带来极大的危害，因此越来越受到关注，治理技术的选择和应用需要重视其时效性。目前挥发性有机废气已然成为环境污染的一大顽疾，因此为了对挥发性有机废气进行治理，必须加强对挥发性有机废气的监测和治理技术进行分析。

2  大氣中常用的VOCs监测技术分析

2.1  气相色谱法（GC）

气相色谱法具有高灵敏度、高选择性、分析速度快及应用范围广等特点，尤其对异构体和多组分的混合物能够很好地进行定性和定量检测。在针对挥发性有机物进行检测时，气相色谱通常与氢火焰离子检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、质谱检测器（MS）和光离子化检测器（PID）等进行联用。针对不同的挥发性有机物，人们可以选择不同的联用检测器，增加气相色谱的功能和监测范围。例如，氢火焰离子检测器对烃类有机物具有较高的检测灵敏度，而电子捕获检测器对卤代烃和烷基硝酸盐更灵敏。自从 1957年研究人员首次实现了气相色谱与质谱联用进行化学分析监测以来，气相色谱技术不断发展，日渐完善。同时，人们不断将新技术引入气相色谱技术中。气相色谱和质谱联用结合了混合成分的高效分离能力和纯化物的准确鉴定能力，提高了对复杂的挥发性有机物样品的检测能力，避免了气相色谱定性的局限性。

2.2  高效液相色谱法（HPLC）

高效液相色谱和气相色谱不同的是，其以液体为流动相，利用高压输液系统，把样品中不同极性的单一溶剂或者不同比例的混合溶剂等流动相装入色谱柱中，在柱中进行样品分离，随后进入检测器进行检测，从而实现对样品的分离和检测。高效液相色谱法灵敏度高而且选择性好，对于空气中的醛酮类化合物以及类似的挥发性有机物有着更好的检测效果。

2.3  在线监测大气 VOCs 方法

大气中挥发性有机物活性较高，而且在采集和分析过程中存在很多的干扰因素，因此影响了挥发性有机物的分析和检测，导致分析误差。在线分析技术避免了样品采集过程中的一些干扰因素，使检测结果更为准确。其中，质子转移反应质谱是一种应用较多的技术，主要用于检测痕量挥发有机物的分析，检测速度快、灵敏度高、分析所需时间短，而且在线采样无需浓缩，保证结果更为准确。质子转移反应质谱主要由离子源、漂流管和离子检测系统组成。样品检测前首先对挥发性有机物样品进行离子化，即使用H3O+与挥发性有机物样品反应，将其分子转换成离子形态，然后产生的离子进入漂流管末端的治理检测器进行检测。

3  大气中常用的VOCs治理技术分析

3.1  光分解法

其是利用光的直接照射或者催化剂的作用，使得挥发性有机废气得到分解。光分解法治理挥发性有机物的原理是，在光波照射下，光催化剂产生羟基自由基（-OH），羟基自由基具有强氧化性，能够氧化分解挥发性有机废气，进而生成H2O、CO2和无机物。由于气相中具有较高的分子扩散、较高的质量传输速率以及简单的链反应，光分解技术处理有机物效率高、分解彻底，是治理挥发性有机物较为理想的技术。

3.2  热破坏法

热破坏法是挥发性有机废气治理中应用较为广泛的技术，主要有催化燃烧和直接燃烧。该方法主要利用催化燃烧、直接燃烧的热裂解和热分解、氧化技术来破坏挥发性有机物，可以对其产生分解、聚合以及自由基反应，最终降低有机物浓度，使其不再具有危害性。热破坏法对于低浓度的挥发性有机废气处理效果较好，直接燃烧处理效率较高，一般情况下可达到99%。催化燃烧需要在催化床的作用下来完成挥发性有机废气的处理，催化剂主要是金属及金属盐，但其处理成本较高。近年来，随着研发力度的不断加大，催化剂研究取得了较大的发展，使得催化技术应用较为成熟稳定。

3.3  电晕法

电晕是带电体表面在气体或者液体介质中发生局部放电的一种现象，能够产生臭氧及氧化氮等物质，而这些物质可以对有机物产生氧化反应。电晕法治理挥发性有机废气，是利用前沿陡峭、脉冲窄的高压脉电晕的电，在常温常压下产生非平衡等离子体，进而产生大量的高能电子和活性粒子，而这些物质能够氧化分解挥发性有机物及其中的有害成分，从而实现挥发性有机废气的无害化。

3.4  超声波解吸法

其是利用超声波产生的热能来治理挥发性有机物，超声波产生的热能能够增加吸附剂的解吸能力，实现去除污染物的解吸效果。在治理挥发性有机物实践研究中，超声波解吸技术对聚合树脂和活性炭等污染物有着良好的效果。超声波治理技术还具有解吸速度快、所需活化能低等优点，而且催化再生挥发性有机物中高沸点化合物容易引起吸附材料孔堵塞，进而影响其使用寿命。而传统的吸附法对高沸点挥发性有机物作用不明显，因此研究者在传统解吸法的基础上改进了技术，提出了吸附+焚烧组合的氧化再生吸附法，取得了更佳的处理效果。

3.5  低温等离子体-光催化技术

该技术是一项新兴的挥发性有机物治理技术，在大气环境污染治理领域中有着良好的发展前景。实践表明，在治理含有氮、硫及挥发性有机物的废气时，低温等离子体-光催化技术有着良好的处理效果。低温等离子体与光催化技术的结合，不仅优化了低温等离子体技术，还能有效解决光催化技术应用中的难题。二者的有机结合，不仅能抑制挥发性有机物处理过程中的副产物，还能有效降低能耗，具有较高的经济效益和环保效益。低温等离子体-光催化技术具有净化稳定、操作简单以及工艺稳定性强等诸多优势，但也存在投资较大、等离子表面模块易污染等缺陷，进而降低使用寿命和废气处理效率。

综上所述，VOCs是最为常见的大气污染物，会对人体健康造成重大伤害，由于其组成成分特殊，与空气中的二氧化氮易产生化学反应生成臭氧，并最终形成光化学烟雾，而且在这一过程中常常会产生硫化氢等具有刺激性气味的气体，对人的耳鼻喉及眼部容易造成伤害，且吸入这些有害气体又会对呼吸系统。神经系统产生不良影响，挥发性有机废气还会引起某些身体部位产生畸变或癌变。此外，这些废气排放到空气中并扩散开来，对农作物的光合作用也会产生不良影响，严重地会造成减产，因此必须合理运用VOCs监测与治理技术。

参考文献：

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[3] 简锦泉.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].环境与发展，2018.

[4] 熊轩.浅谈大气中VOCs的监测和治理技术[J].江西化工，2019.