【科普讲堂】美丽中国我先行，从认识“它”开始

你是否好奇城市上空的雾霾由何而生？

新装修房间的气味暗藏什么风险？

科学家们又如何“捕捉”那些看不见的污染？

答案，就藏在“挥发性有机物”（VOCs）与我们的行动中！

前言

世界环境日的设立在于提醒全世界注意地球状况和人类活动对环境的危害。今年的主题“美丽中国我先行”再次将我们的目光引向人类赖以生存的空气、水和土壤。在众多影响环境质量的因素中，有一类“隐形”的污染物——挥发性有机物（VOCs），正日益受到关注。它们看似无形，却与我们的呼吸健康、城市雾霾、乃至全球气候变化息息相关。

什么是挥发性有机物（VOCs）

VOCs是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写，其定义有好几种，美国ASTM D3960-98标准将其定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。美国联邦环保署(EPA)这样定义：挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。

在我国，VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物是指常温下饱和蒸汽压大于70.91 Pa、标准大气压101.3kPa下沸点在50~260℃以下且初馏点等于250℃的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。

VOCs排放源

我国将VOCs排放源划分为生物质燃烧源、化石燃料燃烧源、工艺过程排放源、溶剂使用源、移动源五类：

生物质燃烧源

生物质燃烧源主要指的是各种植物材料燃烧过程中释放的挥发性有机物。这包括常见的农业秸秆露天焚烧、森林火灾、园林废弃物焚烧活动，以及部分居民使用柴薪、木炭进行取暖或炊事，还有某些生物质燃料锅炉的燃烧过程。这类燃烧会排放出多种VOCs，如甲醛、乙醛等醛类、酮类、酚类以及有机酸等。

秸秆焚烧

化石燃料燃烧源

化石燃料燃烧源则是指煤炭、石油、天然气等传统能源在燃烧时产生的VOCs排放。其主要来源覆盖了大型的燃煤电厂锅炉、各种工业用的燃煤、燃油或燃气锅炉和窑炉，同时也包括居民日常使用的燃煤和燃气设施（用于取暖和做饭），甚至餐饮业油烟中也有一部分来源于燃料燃烧。当燃烧不充分时，会释放出烷烃、烯烃、芳香烃（如苯、甲苯）以及甲醛等物质。

煤炭燃烧

工艺过程排放源

工艺过程排放源是指在工业生产流程中，并非通过燃烧，而是由于化学反应、物理操作（如物料的转移、混合、反应、分离、精制、干燥等）或设备密封不严导致的泄漏（逸散），直接向大气排放VOCs。这涉及众多行业，如石油化工、有机化工、制药、涂料油墨制造、合成树脂、橡胶塑料制品、电子制造、食品饮料加工、木材加工和印刷等。其特点是排放环节极其复杂、成分多样且浓度差异大，是工业VOCs控制的重点，排放物包括各种烷烃、烯烃、芳香烃、醇、酮、酯、醚和卤代烃等。

化学纤维制造

溶剂使用源

溶剂使用源的VOCs排放，源于含有VOCs的溶剂、稀释剂、清洗剂等产品在使用环节的自然挥发。常见于工业涂装（如汽车、家具喷涂）、建筑装饰（刷漆、防水施工）、印刷、干洗、电子清洗、木材涂装、胶粘剂使用（制鞋、家具）、日化品使用以及家庭装修等活动。这类排放通常在开放或半开放环境下发生，具有明显的无组织排放特征，典型排放物包括甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮以及各类醇类等溶剂成分。

油漆涂装

移动源

移动源专指交通工具运行过程中产生的VOCs。它不仅包括各类道路车辆（汽车、摩托车）、非道路移动机械（工程机械、农业机械）、船舶、飞机和铁路机车等在内燃机燃烧燃油（汽油、柴油）时产生的尾气（主要因燃烧不完全），还包括燃油系统因温度变化或运行导致的蒸发排放（如油箱呼吸损失、热浸损失），以及加油站给车辆加油过程中油气的挥发。其排放的主要VOCs成分是烷烃、烯烃和芳香烃（苯、甲苯、二甲苯等）。

车辆尾气排放

VOCs的危害

VOCs大都具有沸点较低、高蒸汽压和强光化学反应性的共性，常温下易挥发，多具有刺激性气味和毒性，且易燃易爆。

健康危害

吸入VOCs（如甲醛、苯）会直接刺激呼吸道，引发咳嗽、喉咙痛、胸闷等症状。

儿童、孕妇、老年人及哮喘患者对VOCs更敏感，低浓度暴露也可能引发严重反应。

环境影响

VOCs与氮氧化物（NOx）在阳光下发生光化学反应，生成臭氧（O3）和细颗粒物（PM2.5），形成光化学烟雾，加剧城市雾霾。

降低VOCs的排放：吸附和燃烧

吸附法

VOCs吸附法是一种通过多孔吸附材料（如活性炭、沸石分子筛、活性氧化铝等）表面的物理或化学作用，将气体中的挥发性有机化合物捕获并富集在吸附剂孔隙中的技术；其原理主要依赖分子间作用力，适用于处理低浓度、大风量或间歇性排放的VOCs废气。吸附饱和后需通过热脱附、蒸汽再生等方式回收VOCs并恢复吸附剂活性，具有设备简单、运行成本低的优点，但存在吸附剂易失效、再生能耗高及二次污染风险。

常用吸附剂：活性炭

燃烧法

VOCs燃烧法是一种通过高温氧化或催化作用将挥发性有机化合物（VOCs）彻底转化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）的净化技术，主要包括热力燃烧和催化燃烧两种形式。热力燃烧需在高温下直接焚烧VOCs，依赖辅助燃料维持燃烧温度，适用于高浓度、高热值废气；催化燃烧则在低温下借助贵金属、过渡金属氧化物等催化剂实现高效氧化。该方法处理效率高（可达95%以上），且无二次污染物残留，但需控制燃烧副产物（如氮氧化物）并配套余热回收系统以降低运行成本，常与吸附、冷凝等技术联用实现经济性优化。

常见的催化燃烧装置

我们如何参与VOCs的防治

积极践行低碳、绿色的出行方式，尽量选择乘坐公共交通工具、骑自行车或步行；不燃放烟花爆竹；杜绝露天焚烧秸秆、垃圾、落叶等；装修尽量选用环保型材料，不浪费，不过度装修。

科技攻关护卫蓝天——华南理工领衔打造挥发性有机物污染治理国家工程实验室

当前我国挥发性有机物（VOCs）治理领域面临严峻挑战：自主创新能力薄弱、基础配套能力不足、装备运行可靠性低、产业结构不合理。为支撑大气复合污染治理及环保产业升级发展的迫切需求，华南理工大学作为牵头单位，联合多家产学研用单位，共建挥发性有机物污染治理技术与装备国家工程实验室。该实验室是华南理工大学牵头的首个国家工程实验室，也是广东省唯一由高校牵头建设的国家工程实验室。华南理工大学研究团队聚焦国家和地方重大战略需求，针对我国重点城市群大气环境质量现状与发展趋势，以及区域、行业的大气污染问题，坚持科学前沿导向，系统开展了大气环境与污染控制领域的研究与开发工作，涵盖污染源排放、污染形成机理、健康效应、削减技术及控制策略、大气环境管理与辅助决策等关键环节。

该国家工程实验室以提高产业自主创新能力和核心竞争力为根本目标，旨在攻克我国VOCs治理技术薄弱、关键材料和装备运行可靠性低等核心瓶颈问题。依托在典型规模企业、工业园区VOCs污染控制技术、整体解决方案研发、工程化及产业化方面积累的优势与基础，实验室致力于开展战略性、前瞻性联合攻关。其使命是提升我国VOCs污染控制整体技术装备水平，推动相关产业创新发展，研制出体现国家综合实力和国际竞争力的高精尖产品与技术装备，满足国家经济发展的迫切需求。