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环境学院蒋靖坤研究组在挥发性有机物网格化监测方面取得进展

清华新闻网9月26日电 近日,清华大学环境学院大气污染与控制教研所蒋靖坤教授研究组在挥发性有机化合物(VOCs)网格化监测领域取得新进展:提出了一种基于电化学传感阵列技术的低成本总挥发性有机物(TVOCs)监测仪,并将其用于~55平方千米的高密度网格化监测,高时空分辨率地在线监测捕获了VOCs的排放特征,推动了传感技术在大气环境监测中的应用。

VOCs作为典型的大气污染物之一,其来源复杂。大气中VOCs的浓度和组成受排放率、污染源分布和气象条件等诸多因素的影响,具有明显的时空差异性,这给VOCs的有效监管带来了挑战。因此,实现区域VOCs高密度监测对大气VOCs的来源识别与减排具有重要意义。

近年来,蒋靖坤研究组针对传感器的灵敏度、选择性、稳定性相关问题开展了攻关研究,与多家单位合作发展了甲苯传感器、甲醛传感器、过氧化氢传感器等传感器。

基于电化学传感阵列技术的TVOCs监测仪开发。研究组在前期研究基础上,提出了一种基于电化学传感阵列的TVOCs监测仪,该阵列针对VOCs中的典型物种和干扰物种进行设置。同时基于阵列的选择性和环境干扰的测试结果,对比气相色谱-质谱仪(GC-MS)结果进行修正以提高数据的准确性。环境测试结果显示,传感器阵列的响应结果与GC-MS测试数据具有较好的一致性(平均绝对百分比误差和R2分别为46.0±3.0%和0.74±0.01)。

图1.基于电化学传感阵列技术的大气TVOCs监测网络

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图2.大气TVOCs监测网络动态监测结果

传感器阵列用于大气TVOCs网格化监测。研究组在约55平方千米的混合土地利用区(包含工业区、居民区和城市道路等多种土地利用类型)布设了152台TVOCs监测仪形成网络。监测结果可以及时准确地描述当地TVOCs浓度的时空变化特征,识别VOCs排放来源并指导减排活动。此外,结合车载GC-MS的走航监测结果,能够进一步明确污染来源的类型,与TVOCs监测网络的结果互相印证。

图3. TVOCs监测网络和车载GC-MS的联合观测对比结果

因此,通过大规模、低成本、高密度的TVOCs监测网络能够准确、直观地描述污染排放及其扩散趋势,弥合现有VOCs模拟研究与实际情况的差距,减少环境监测的盲点。对污染源精准溯源和促进工业可持续升级具有重要意义。

9月17日,上述研究成果以“用于识别污染源的高密度挥发性有机化合物监测网络”(High-density volatile organic compound monitoring network for identifying pollution sources)为题在线发表于期刊《总体环境科学》Science of The Total Environment上。清华大学博士毕业生李泽晖(现为北京大学特聘副研究员)、马子轸(现为青岛理工大学副教授)为论文共同第一作者,蒋靖坤教授、北京大学刘开辉教授和李泽晖特聘副研究员为共同通讯作者。合作单位包括北京首创大气环境科技股份有限公司、清芯未来(北京)科技有限公司、青岛理工大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、北京科技大学等。

本研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金、北京市自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目的经费支持。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896972205971X

供稿:环境学院

编辑:李华山

审核:吕婷

2022年09月26日 16:40:18

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