我国挥发性有机物(VOCs)研究进展与态势分析_张钢锋.pdf

Effect of adding H2on laminarcombustion characteristics of biomass gasWANG Fa-hui1，CHEN Ya-ning1，ZHANG Dan2，WEN Xiao-ping1，ZHANG An-chao1(1School of Mechanical andPowerEngineering，HenanPolytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China;2School of Civil Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China)Abstract:To study the effect of H2on laminar combustioncharacteristics of biomass gas，hydrogen-doped biomass gas/aircombustion experiments were carried out with volume fractions7.15%33.15%hydrogen at an equivalent ratio equal to 0.6 1.4.These experiments were in a constant volume burningbomb with an inner diameter and length of 200 mm and theignition position was in the centerIgnition electrodes weremodified by welding 0.45 mm tungsten wire with two ceramicsingle-stage ignition rods，which is the main component of ahigh-energy pulse electronic igniter Premixed gas was obtainedby partial pressure method and kept still for 10 minutes，andtrigger the high-speed camera a split second before ignition toobtain pictures of the flame propagation process Analyzed thechanges of chemical reaction paths at adding hydrogen throughChemkin-Pro The results show that the addition of H2promotesthe laminar burning velocity of biomass gas/air，lean combustionside smooth growth while rich side significantly，and theinstability of the flame with the increase of H2volume fractionincreased;The increase of main free radicals in the flamestructure is main chemical kinetics reason for the growth inlaminar burning velocity;The oxidation of CH4determines thespeed of the overall combustion reaction，the increase of H2mainly promotes the oxidation of CH4and CO in three routesOne is the process of promoting the oxidation of CO into CO2，which belongs to the termination reactionThe other is topromote the oxidation process of the CH group，and the CHgroup and O2together to form the HCO group The third is thefurther oxidation of the HCO group from HO2，and it is also themost important process;The frequent participation of O2in theoxidation path is the reason for the significant increase in thelaminar burning velocity on the fuel-rich sideKeywords:environmentalengineering;biomassgas;combustion characteristic;reaction path文章编号:1009-6094(2023)03-0951-11我国挥发性有机物(VOCs)研究进展与态势分析*张钢锋1，卜梦雅1，李杰2(1 上海市环境科学研究院，上海 200233;2 中国科学院文献情报中心，北京 100190)摘要:当前我国臭氧(O3)污染治理攻坚战已全面打响，挥发性有机物(VOCs)作为 O3和细颗粒物(PM2.5)的共同前体物，其污染防治已成为研究热点。采用文献计量学理论和方法，结合国内相关领域的宏观政策动态，综合分析了我国VOCs 领域研究的总体进展与趋势、不同阶段研究热点，以及不同治理技术研究热度等，以期为后续相关领域研究提供科学借鉴。结果表明:1)自 20 世纪 80 年代我国起步探索VOCs 治理以来，国内 VOCs 研究整体呈明显上升趋势;2)我国 VOCs 研究历程可划分为萌芽期(19811990 年)、起步期(19912000 年)、成长期(20012010 年)和活跃期(2011至今)等 4 个阶段，其中活跃期的出现与我国宏观政策动态密切相关，国家层面上管控政策的不断出台促进了国内VOCs 研究快速升温;3)“十二五”是我国 VOCs 研究的分水岭，前期主要集中于室内空气污染以及吸附法、生物法等基础处理技术，“十二五”以后研究重点聚焦工业源污染治理及宏观管理政策决策;4)从不同 VOCs 治理技术的研究态势来看，吸附法、催化氧化法的相关研究开展最早，且最近几年的研究热度依然高涨，热力燃烧法在实际应用中较受关注，但热度相对较低;5)治理技术是贯穿我国 VOCs 研究的一条主轴线，预计在“十四五”甚至更长的时间里，我国 VOCs 研究将持续侧重于相关减排技术研发应用以及 O3污染管控政策决策等方面。关键词:环境 学;挥 发 性 有 机 物;研 究 进 展;研 究 态 势;VOSviewer;文献计量中图分类号:X511文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.1944*收稿日期:2021 11 08作者简介:张钢锋，高级工程师，博士，从事大气污染控制政策及技术研究;李杰(通信作者)，副研究员，博士，从事科学计量研究，lijie2022 maillas ac cn。基金项目:上 海 市 科 学 技 术 委 员 会 科 研 计 划 项 目(19DZ1205000);上海市软科学邀标计划项目(20692115600)0引言挥发 性 有 机 物(Volatile Organic Compounds，159第 23 卷第 3 期2023 年 3 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 3Mar，2023VOCs)在紫外光照射条件下可与氮氧化物(NOx)发生光 化 学 反 应，是 形 成 臭 氧(O3)和 细 颗 粒 物(PM2.5)的关键前体物1 2。部分 VOCs 还具有毒性和易燃易爆性，带来健康及安全风险3。随着我国大气环境保护工作的日益深入，VOCs 污染引起广泛关注，对其进行有效管控已成为现阶段我国打赢蓝天保卫战的重要举措4。随着我国经济的快速发展，化石能源消耗日趋增加，大气污染对人体健康的影响也愈发严重。1982 年，唐孝炎等5 首次提出我国煤烟型污染物二氧化硫(SO2)的化学转化与光化学烟雾前体物 NOx和碳氢化合物(HC)的反应密切相关，呈现出复合型污染特征，从而引起了我国对光化学污染及其前体物管控的重视，为后续 VOCs 领域的研究发展奠定了重要基础。之后，我国在该领域的研究百花齐放，众多学者开展了对 VOCs 排放清单和排放特征的调查分析。刘金凤等6 以 2000 年为基准，使用排放因子法估算了 75 种人为源 VOCs 年排放量，建立了我国 VOCs 人为源排放清单。王铁宇等7 从工业固定源、机动车尾气排放源和日常生活源等角度分析不同排放源的 VOCs 排放特征。同时还有许多文献探索了 VOCs 对 O3与二次有机气溶胶(SOA)的生成贡献与响应关系。罗玮等8 估算了广州城区各类VOCs 的臭氧生成潜势(OFP)，得出广州城区大气各类 VOCs 的 OFP 由大到小表现为烯烃、烷烃、芳香烃、OVOC。王倩等9 分析了上海市秋季大气中VOCs 对 SOA 的生成贡献及主要来源，结果表明芳香烃是 OFP 的关键活性组分和 SOA 的重要前体物。此外在研究综述方面，邵敏等10 分析了 VOCs 的环境影响与我国 VOCs 源排放及其控制现状并提出VOCs 污染防控建议。汪涵等11 介绍了国内外挥发性有机废气治理技术的现状并探讨了废气处理技术的发展趋势。因此，对于 VOCs 领域研究热点和发展态势进行可视化分析具有十分重大的意义，有助于了解并系统掌握我国 VOCs 研究的历史脉络，揭示相关研究的发展历程及新兴前沿，为今后进一步深入研究提供参考。基于上述观点，本文以 CNKI 数据库中VOCs 领 域 论 文 为 数 据 源，以 信 息 可 视 化 软 件VOSviewer 为研究工具，生成并分析我国 VOCs 领域的总体研究趋势、不同阶段研究热点、相关治理技术发展历程等，从而对该领域的研究态势进行更加准确、客观的描述。1研究方法与数据来源采用文献计量学方法对我国 VOCs 研究热点和演变历程进行全景分析。文献计量学是借助文献的各种特征参数，应用数学与统计学方法来描述、评价和预测科学技术现状与发展趋势的一种定量评价方法12。利用文献计量学方法可以对某一领域的研究热点和趋势作出较为系统、科学和准确的评价13 14。本研究主要应用了文献计量学中最常用的词频分析法和共词分析法，并通过 VOSviewer 软件对分析结果进行可视化渲染。其中，词频分析是利用某一领域文献中关键词出现频次来确定该领域研究核心和热点的方法;共词分析则是利用某一领域文献中关键词共同出现的情况来确定领域内研究热点之间相关关系的方法。VOSviewer 是由一款基于可视化技术的文献知识图谱分析工具，在国内外文献计量分析中被广泛采用15 16。研究数据来源于 CNKI(China National KnowledgeInfrastructure)数据库。CNKI 是涵盖电子图书、期刊、报纸、学位论文、会议论文、科技报告、法律法规、专利、标准、年鉴等信息的专业化知识平台17。研究以“VOC”或“VOCs”或“挥发性有机”(可涵盖“挥发性有机物”“挥发性有机化合物”“挥发性有机气体”“挥发性有机废气”“挥发性有机污染物”等)作为关键词在 CNKI 数据库中进行检索，具体策略见表 1。经检索，CNKI 数据库共返回结果 4 247 条