清華新聞網(wǎng)9月26日電 近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院大氣污染與控制教研所蔣靖坤教授研究組在揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得新進(jìn)展：提出了一種基于電化學(xué)傳感陣列技術(shù)的低成本總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOCs）監(jiān)測(cè)儀，并將其用于~55平方千米的高密度網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)，高時(shí)空分辨率地在線(xiàn)監(jiān)測(cè)捕獲了VOCs的排放特征，推動(dòng)了傳感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。
VOCs作為典型的大氣污染物之一，其來(lái)源復(fù)雜。大氣中VOCs的濃度和組成受排放率、污染源分布和氣象條件等諸多因素的影響，具有明顯的時(shí)空差異性，這給VOCs的有效監(jiān)管帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，實(shí)現(xiàn)區(qū)域VOCs高密度監(jiān)測(cè)對(duì)大氣VOCs的來(lái)源識(shí)別與減排具有重要意義。
近年來(lái)，蔣靖坤研究組針對(duì)傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展了攻關(guān)研究，與多家單位合作發(fā)展了甲苯傳感器、甲醛傳感器、過(guò)氧化氫傳感器等傳感器。
基于電化學(xué)傳感陣列技術(shù)的TVOCs監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)。研究組在前期研究基礎(chǔ)上，提出了一種基于電化學(xué)傳感陣列的TVOCs監(jiān)測(cè)儀，該陣列針對(duì)VOCs中的典型物種和干擾物種進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)基于陣列的選擇性和環(huán)境干擾的測(cè)試結(jié)果，對(duì)比氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）結(jié)果進(jìn)行修正以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。環(huán)境測(cè)試結(jié)果顯示，傳感器陣列的響應(yīng)結(jié)果與GC-MS測(cè)試數(shù)據(jù)具有較好的一致性（平均絕對(duì)百分比誤差和R2分別為46.0±3.0%和0.74±0.01）。
圖1.基于電化學(xué)傳感陣列技術(shù)的大氣TVOCs監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)
圖2.大氣TVOCs監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果
傳感器陣列用于大氣TVOCs網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)。研究組在約55平方千米的混合土地利用區(qū)（包含工業(yè)區(qū)、居民區(qū)和城市道路等多種土地利用類(lèi)型）布設(shè)了152臺(tái)TVOCs監(jiān)測(cè)儀形成網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)結(jié)果可以及時(shí)準(zhǔn)確地描述當(dāng)?shù)豑VOCs濃度的時(shí)空變化特征，識(shí)別VOCs排放來(lái)源并指導(dǎo)減排活動(dòng)。此外，結(jié)合車(chē)載GC-MS的走航監(jiān)測(cè)結(jié)果，能夠進(jìn)一步明確污染來(lái)源的類(lèi)型，與TVOCs監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果互相印證。
圖3. TVOCs監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和車(chē)載GC-MS的聯(lián)合觀(guān)測(cè)對(duì)比結(jié)果
因此，通過(guò)大規(guī)模、低成本、高密度的TVOCs監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確、直觀(guān)地描述污染排放及其擴(kuò)散趨勢(shì)，彌合現(xiàn)有VOCs模擬研究與實(shí)際情況的差距，減少環(huán)境監(jiān)測(cè)的盲點(diǎn)。對(duì)污染源精準(zhǔn)溯源和促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)升級(jí)具有重要意義。
9月17日，上述研究成果以“用于識(shí)別污染源的高密度揮發(fā)性有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”（High-density volatile organic compound monitoring network for identifying pollution sources）為題在線(xiàn)發(fā)表于期刊《總體環(huán)境科學(xué)》（Science of The Total Environment）上。清華大學(xué)博士畢業(yè)生李澤暉（現(xiàn)為北京大學(xué)特聘副研究員）、馬子軫（現(xiàn)為青島理工大學(xué)副教授）為論文共同第一作者，蔣靖坤教授、北京大學(xué)劉開(kāi)輝教授和李澤暉特聘副研究員為共同通訊作者。合作單位包括北京首創(chuàng)大氣環(huán)境科技股份有限公司、清芯未來(lái)（北京）科技有限公司、青島理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所、北京科技大學(xué)等。
本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896972205971X
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
