挥发性有机物（VOCs）是臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物。VOCs及其氧化产物会加重局部和区域空气污染，并对人体健康产生危害。为开展有效的VOCs控制，准确识别其排放源贡献是前提。源排放清单和受体模型源解析是两种主流方法，且向着高时空分辨率的精准识别方向发展。这极度依赖于高时间分辨率的排放因子和能反映季节变化特征的源成分谱。
研究团队首次将高分辨率质子转移飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）、稀释通道系统和高精度电子秤相结合（图1），在实验室模拟了11种常用生物质的燃烧过程，给出了18种VOCs动态排放因子（图2），并对生物质燃烧VOCs排放浓度、组分比值的实时变化进行了分析，为动态源解析和高时间分辨率排放清单构建提供了最新的数据集。
研究发现粮食作物和油料作物燃烧VOCs实时排放因子变化趋势相同，但最大值出现时间和强度存在差异。油料作物燃烧VOCs排放因子的最大值比粮食作物晚出现1-2 min。在燃烧前期，粮食作物的VOCs排放因子比油料作物高0.014-18.8 mg/g。但在燃烧后期，油料作物的VOCs排放因子比粮食作物高0.041-48.8 mg/g。这可能与生物质燃烧的升温速率和温度有关。粮食作物的半纤维素含量一般比油料作物高7.7%-13%，半纤维素在470-530 K时分解，而油料作物的木质素含量要比粮食作物高1.4%-13.4%，分解温度在550-770 K。燃烧过程中VOCs释放机制和影响因素研究，是值得深入研究的科学问题。
图1 室内模拟燃烧实验设备结构流程图
图2 不同生物质燃烧的VOCs实时排放因子（粮食作物：玉米棒、玉米秆、小麦杆、大豆杆、水稻；油料作物：油菜杆、花生杆、芝麻杆）
研究团队深入印刷、制鞋、家具喷漆、美甲、彩印、干洗、汽车喷漆、加油站、垃圾中转站、污水处理厂、油墨生产等车间和店铺，选择冬季和夏季两个时段，针对13种典型的挥发性源排放的102种VOCs组成特征进行采集和分析（图1），发现洗车、汽车喷漆、洗衣、彩印和汽修行业具有较高的卤代烃排放，制鞋行业胶粘剂生产、垃圾中转和美甲过程中应注意含氧挥发性有机物的控制（图2）。
研究首次对5种挥发性源成分谱组成，进行冬季（7.0–12.0 ℃）和夏季（25.5–30.5 ℃）对比研究，发现相同挥发性源在不同温度的VOCs成分谱不同，分歧系数（CD）值为0.30–0.70。在源谱应用于不同季节的VOCs源解析时，需采用相应季节的源成分谱；在构建高时间分辨率VOCs组分排放清单时，需考虑不同季节VOCs组分组成的差异。
研究也发现汽车喷漆、家具喷漆和彩印排放的VOCs具有较高的臭氧生成潜势。除了垃圾中转，其他相同来源的VOCs均在夏季具有较高的反应活性。夏季温度较高时，控制典型行业VOCs排放有助于改善夏季臭氧污染问题。值得强调的是，温度对VOCs释放的影响机制复杂，需要后续深入探究。
图3 不同点位VOCs现场采样图
图4 13种挥发性源VOCs组成
上述研究分别在《Atmospheric Research》（IF=4.676）和《Science of the Total Environment》上（IF=6.551）上发表，第一作者分别为2018级硕士研究生张颖和牛真真，通讯作者为孔少飞教授。研究受到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、湖北省科技厅技术创新专项重大项目等的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105189
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141741
