VOC

挥发性有机化合物

VOC是挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写，有时也用TVOC来表示（total volatile organic compounds）。普通意义上的VOC就是指挥发性有机物，按照世界卫生组织的定义，在常压101.32 kPa下沸点在 50℃-260℃的化合物，即常温下以气体形式存在；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。

定义及分类

定义

VOC是挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写。

例如，美国ASTM D3960-98标准将VOC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）的定义：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。

世界卫生组织（WHO，1989）对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义为，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。

德国DIN 55649-2000标准对VOC的定义是，原则上，在常温常压下，任何能自发挥发的有机液体和/或固体。同时，德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时，又做了一个限定，即在通常压力条件下，沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。

巴斯夫公司则认为，最方便和最常见的方法是根据沸点来界定哪些物质属于VOC，而最普遍的共识认为VOC是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。所以沸点超过250℃的那些物质不归入VOC的范畴，往往被称为增塑剂。

这些定义有相同之处，但也各有侧重。如美国的定义，对沸点初馏点不作限定，强调参加大气光化学反应。不参加大气光化学反应的就叫作豁免溶剂，如丙酮、四氯乙烷等。而世界卫生组织和巴斯夫则对沸点或初馏点作限定，不管其是否参加大气光化学反应。国际标准ISO 4618/1-1998和德国DIN 55649-2000标准对沸点初馏点不作限定，也不管是否参加大气光化学反应，只强调在常温常压下能自发挥发。

分类

可将这些VOC的定义分为二类，一类是普通意义上的VOC定义，只说明什么是挥发性有机物，或者是在什么条件下是挥发性有机物；另一类是环保意义上的定义，也就是说，是活泼的那一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。非常明显，从环保意义上说，挥发和参加大气光化学反应这两点是十分重要的。不挥发或不参加大气光化学反应就不构成危害。这也就是欧洲将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。

有关规定

涂料国标《GB18582-2020建筑用墙面涂料中有害物质限量》中VOC含量的定义是：“参与大气光化学反应的有机化合物，或者根据有关规定确定的化合物。”一般说来，材料中所含VOC越少，它对人体的危害就越轻微。涂料国标中对内墙涂料中VOC含量的要求是：不得高于每升80克。

国外发达国家对涂料中VOC含量的限制很严格。以欧盟而言，一类（亚光类）涂料不得高于每升30克，二类（有光类）不得高于每升200克；而在国内，国家环保总局最新发布的水性内墙涂料环境标志产品认证要求规定，VOC不得高于每升100克；北京市制定的《室内装饰装修涂料安全健康质量评价规则》，对VOC的要求是必须在每升125克以下。

来源

VOC室外主要来自燃料燃烧和交通运输产生的工业废气、汽车尾气、光化学污染等；室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等得烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。

工业过程：工业生产是VOC的主要来源之一。许多化学生产过程和制造业活动会释放VOC，包括石化工业、印刷、油漆涂料制造、化肥生产等。这些过程中使用的溶剂和挥发性有机废物都是VOC的贡献源。

交通尾气：机动车辆的燃烧产生的尾气是空气中VOC的主要来源之一。燃油中的挥发性有机物在燃烧过程中释放，形成空气中的VOC，这对城市空气质量和公共健康构成潜在威胁。

建筑和装修材料：许多建筑材料和装修用品中含有VOC，如油漆、涂料、粘合剂、地板材料等。这些产品中的挥发性有机物会在施工和使用过程中释放到空气中，形成室内空气污染。一般油漆中VOC含量为每升30至70克。由于挥发性有机物具有强挥发性，一般情况下，油漆施工后的10小时内，可挥发出90%。

生活用品和清洁剂：家庭中使用的许多日常产品，如清洁剂、香水、洗发水等，都含有挥发性成分。这些物质在使用时会挥发到室内空气中，增加室内VOC的浓度。

自然源：自然界也存在一些VOC的源，如植物释放的挥发性有机物，被称为挥发性有机化合物（VOCs）。这包括植物的生长过程中释放的挥发性有机物和一些树脂、花香等。

垃圾处理和焚烧：在垃圾焚烧和处理过程中，废弃物中的有机物可能会释放VOC。这种情况通常发生在垃圾填埋场或焚烧设施。

卫生污水处理：污水处理厂是另一个潜在的VOC来源。污水中的有机物在处理过程中可能会产生VOC排放。

成分

VOC 成分极为复杂。主要包含烃类，像结构饱和、性质相对稳定的甲烷、乙烷等烷烃，含有碳碳双键、化学性质活泼的乙烯、丙烯等烯烃，以及具有特殊芳香气味、毒性较高的苯、甲苯等芳烃；卤代烃，例如曾广泛用作溶剂、制冷剂的氯甲烷、氟利昂等，不过部分因破坏臭氧层已被限制使用；醛酮类，其中甲醛是室内装修污染的主要污染物，具有强烈刺激性，而丙酮等酮类则常用作溶剂，挥发性强；具有水果香味、常作为溶剂和增塑剂的乙酸乙酯、乙酸丁酯；有毒的甲醇、常用作溶剂和消毒剂的乙醇，以及在化妆品、食品等行业广泛应用的丙二醇等多元醇，它们都具有一定挥发性，在使用过程中会挥发到空气中，成为 VOC 的重要组成部分。

危害

大气污染

VOC是臭氧前体，与氮氧化物（NOx）在阳光下反应，形成臭氧。高浓度的臭氧对呼吸系统有害，尤其是对儿童、老年人和患有呼吸系统疾病的人更为危险。VOC的氧化产物可与氮氧化物和硫化物反应，形成细颗粒物，对空气质量和健康构成威胁。

室内空气污染

室内装修和建筑材料中的VOC，如甲醛、苯等，可导致室内空气质量下降，引发“新房综合征”。家庭清洁剂中的VOC，如氯仿、二甲苯等，释放到室内空气中，可能导致室内空气污染。

危害人体健康

呼吸系统问题：一些VOC，如苯、甲苯，长时间暴露可能引发呼吸系统问题，包括咳嗽、气喘和气短等。

神经系统影响：长期接触某些VOC，如甲醛，可能导致头痛、眩晕、注意力不集中等神经系统问题。

致癌性：部分VOC，如苯系物质，被国际癌症研究机构（IARC）评定为可能的或确实的致癌物质。中国环境科学院副院长兼总工程师夏青教授谈到VOC对人体的危害时认为：由于婴幼儿有90%的时间是在室内度过的，所以有毒涂料中的有害物质对儿童的侵害时间最长、最大，而儿童的身心特征又使得这种危害的后果要比成人更为严重。由于对人体有害，2005年7月1日起强制实行的国家标准中规定，内墙乳胶漆VOC要小于等于200克/升，如果要获得绿色环保“十环标志”，则VOC含量要小于100克/升。报告称我国每年数十万人死于装修污染，专家称凶手是VOC。据世界卫生组织在2005年发布的《世界卫生组织甲醛致癌报告》中指出，我国因装修污染引起的年死亡人数为11.1万人，平均每天约304人，并有证据表示这个死亡人数仍在逐年攀升。

危害生态系统

VOC能够通过大气降水沉降到水体中，可能对水生生物造成毒害。挥发性有机物的沉积可能导致土壤中微生物的死亡，影响土壤的生态平衡。同时，氯氟烃类VOC和一些氯氟烃类VOC，如氯氟烃，被认为对臭氧层具有破坏性影响，导致大气中臭氧浓度降低，增加地球表面对紫外线的暴露，对生物和生态系统产生不利影响。

降解及消除方法

活性吸附法

在有机废气治理工艺中 , 吸附是处理效果好、使用较广的方法之一 , 吸附剂有活性炭、硅藻土、沸石等 , 其中活性炭吸附应用最多。通过吸附系统 , 不仅可以使 VOC 浓度大大降低 , 实现废气达标排放 , 而且吸附后通过气提解吸 , 收集物可回用于生产。

引风高空排放法

这是一般企业在装漆、砂磨等岗位使用最多、最简便的方法之一 , 其成本低、易操作、效果明显。但高空排放只是污染的转移 , 并没有真正解决污染问题 , 而引风机功力大小和风口安装高度又直接影响引风效果。

燃烧处理法

VOC 为有机挥发性物质 , 易燃烧 , 可采用常温或催化氧化燃烧处理 , 气体由引风管道通入锅炉或焚烧炉燃烧 , 但对高温有机气体还要经过安全论证。此法处理比较完全, 基本可以把VOC 转化为CO2 、H2O 。

吸收除气法

因 VOC 一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有机溶剂 , 可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC , 吸收后的溶剂可用于燃料或稀释剂。这种方法操作方便、成本低 , 但吸收处理后一般尚有挥发气体残余 , 因有机溶剂本身易挥发 , 因此不能使 VOC 降为零 , 若遇高温 , 则吸收率更低。

冷凝收集法

对反应釜高温有机气体可采用冷凝收集 , 先用直冷凝再螺旋冷凝 , 该法除气效果明显 , 易操作、运行成本低 , 但对低沸点气体效果不佳。

生物处理法

有机废气的生物处理是最经济有效的方法 , 效果好、运行费用低于任何一种处理方法 , 安全、易操作。 VOC 的生物净化法有直接微生物净化法、间接微生物处理法 ( 先水吸收再废水生物处理 ) 及植物净化法等。直接生物净化有生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池、生物过滤池 , 处理效果好、操作方便 , 其中生物过滤池技术成熟 , 应用较多。如德国和荷兰建有几百座废气生物滤池 , 运行效果都很好。

生物处理法是用水或弱碱液吸收 VOC , 其中含有的醇类、醛类等物质易溶于水 , 吸收后的废水再用生物降解 , 使废水达标排放。植物净化法就是厂区内增加绿化面积 , 利用绿色植物吸收和转化大气中的污染物来净化空气 , 这种方法适用于大环境低浓度的污染。

替代 HAP 溶剂法

溶剂型涂料中的 VOC 污染物主要是甲苯、二甲苯中的挥发气体 , 虽然苯类稀释剂具有很多施工上的优点 , 但其毒害作用是众所周知的。因此 , 有的厂家正在寻找能替代含甲苯、二甲苯溶剂的配方 , 使涂料环保性能更好。

检测方法

气相色谱法（GC）

利用不同物质在固定相和流动相中的分配系数差异，通过气相色谱分离VOC，并通过质谱仪识别和定量化合物。将样品注入气相色谱仪，经色谱柱分离后，由检测器检测各组分的信号，根据保留时间和峰面积进行定性和定量分析。该方法分离效率高、灵敏度高、选择性好，可准确检测多种 VOC，广泛应用于环境、化工、食品等领域。袋式气相色谱法（PAS）：PAS使用特殊的袋子收集空气样品，然后使用气相色谱法分析袋内的VOC。这是一种适用于野外和临时监测的方法。

气相色谱-质谱联用法（GC-MS）

将气相色谱的分离能力与质谱的定性能力相结合。气相色谱先将 VOC 混合物分离成单个组分，然后进入质谱仪，通过离子化和质量分析，得到各组分的质谱图，根据质谱图的特征离子和碎片信息进行定性，再结合色谱峰面积进行定量。该方法具有极高的灵敏度和准确性，能够对复杂样品中的微量 VOC 进行定性和定量分析。

高效液相色谱法（HPLC）

对于一些不易挥发或热稳定性差的 VOC，可采用 HPLC 进行检测。基于不同物质在固定相和流动相之间的分配系数、吸附能力等差异进行分离。样品通过高压泵注入色谱柱，经分离后由检测器检测，常用的检测器有紫外检测器、荧光检测器等。该方法分析速度快、分离效率高，可用于检测水中的酚类、多环芳烃等 VOC。

传感器法

利用传感器对 VOC 的特异性响应来进行检测。如半导体气体传感器，当 VOC 气体接触到传感器表面时，会引起传感器的电阻等物理性质发生变化，通过测量这种变化来检测 VOC 的浓度。还有光学传感器，基于 VOC 与特定试剂的光学反应，通过测量光信号的变化来检测 VOC。传感器法具有操作简单、响应速度快、可现场实时检测等优点，但选择性和准确性相对较低，常用于现场快速筛查和初步检测。

傅里叶变换红外光谱法（FTIR）

当红外光照射到样品上时，VOC 分子会吸收特定波长的红外光，产生特征的红外吸收光谱。通过傅里叶变换将时域的红外信号转换为频域的光谱图，根据光谱图中吸收峰的位置和强度进行定性和定量分析。该方法可同时检测多种 VOC，具有非接触式、实时在线检测等优点，常用于环境空气质量监测和工业废气排放监测。

主动式采样方法

使用活性吸附剂，如碳吸附管或带有吸附材料的袋子，主动吸附空气中的VOC，然后通过分析吸附剂来确定VOC的浓度。

火焰离子化检测器

一种宽频有机化合物检测器，不具备选择性。它们的线性非常好。FID用于现场检测的主要局限在于它们较大的重量和体积，以及需要配置一个氢气瓶，这样一来，就很难在危险环境中使用。FID相对较贵、维护繁琐也限制了它在工业领域的应用。PID和FID都是常见的有机化合物检测器，它们都可以有效地测量同一种物质，但是，由于PID更小巧一些，更容易使用和更安全，它要比FID更加普遍地应用于工业领域。