吹扫捕集–气相色谱–质谱法同时测定环境水中101种挥发性有机物

建立吹扫捕集–气相色谱–质谱联用法测定环境水中101种常见挥发性有机物(VOCs)的方法。通过加热吹扫,样品水中的VOCs富集于捕集管中,以DB–624(60 m×0.25 mm,1.4μm)色谱柱分离,内标法定量。结果表明,101种挥发性有机物(VOCs)色谱分离效果良好,质量浓度在0.5~50 ng/mL范围内与色谱峰面积均呈线性关系,高沸点VOCs线性范围较窄。方法定量限(10 S/N)为0.11~0.77 ng/mL,均低于GB 3838–2002《地表水环境质量标准》、GB 5749–2006《生活饮用水卫生标准》及国外相关标准的限值。平均加标回收率在70.3%~123.6%之间,测定结果的相对标准偏差不大于8.8%(n=6)。该方法快速、简便,适用于环境水中挥发性有机化合物的分析检测。     

香蒲基生物炭的活化及对VOCs吸附的应用

以香蒲为原料制备生物炭(Biochar), 并用不同试剂进行活化. 活化前的Biochar比表面积和孔体积很小, 分别为1.71 m²/g和0.00421 cm³/g, 而活化后的Biochar比表面积和孔容均增大, 其中经碳酸钠（Na₂CO₃）活化后的Biochar比表面积和孔容最大. 研究了Na₂CO₃与Biochar的质量比对其活化的影响, 确定了Na₂CO₃/Biochar最佳质量比为3∶1条件下, 得到的样品Biochar-Na₂CO₃-3具有最优的表面积和孔容, 分别为624 m²/g和0.211 cm³/g, 并具有优异的挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能, 其正己烷、 甲苯和92号汽油的静态吸附容量分别为1.03, 0.814和0.751 g/g, 正己烷和甲苯的动态吸附容量分别为1.00和0.796 g/g, 且吸附稳定性相对较高, 优于商业用活性炭(AC)和硅胶(SG).     

Density functional theory investigation on selective adsorption of VOCs on borophene

In the field of volatile organic compounds (VOCs) pollution control, adsorption is one of the major control methods, and effective adsorbents are desired in this technology. In this work, the density functional theory (DFT) calculations are employed to investigate the adsorption of typical VOCs molecules on the two-dimensional material borophenes. The results demonstrate that both structure of χ₃ and β₁₂ borophene can chemically adsorb ethylene and formaldehyde with forming chemical bonds and releasing large energy. However, other VOCs, including ethane, methanol, formic acid, methyl chloride, benzene and toluene, are physically adsorbed with weak interaction. The analysis of density of states (DOS) reveals that the chemical adsorption changes the conductivity of borophenes, while the physical adsorption has no distinct effect on the conductivity. Therefore, both χ₃ and β₁₂ borophene are appropriate adsorbents for selective adsorption of ethylene and formaldehyde, and they also have potential in gas sensor applications due to the obvious conductivity change during the adsorption.     

Affinity-based elimination of aromatic VOCs by highly crystalline multi-walled carbon nanotubes

Carbon nanotubes (CNTs) are capable of adsorbing pollutant chemicals. Their adsorptive capacities and adsorbing mechanisms, however, are not fully understood. As-grown CNTs often contain both crystalline and amorphous carbon, and the ratio of carbon types can affect adsorption. In this study, highly crystalline multi-walled carbon nanotubes (HC-MWCNTs) were used as the adsorbent for volatile organic compounds (VOCs) in contaminated air samples. Air containing 23 added VOCs (1,1-dichloroethylene, dichloromethane, trans-1,2-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, chloroform, 1,1,1-trichloroethane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, benzene, trichloroethylene, 1,2-dichloropropane, bromodichloromethane, cis-1,3-dichloropropene, toluene, trans-1,3-dichloropropene, 1,1,2-trichloroethane, tetrachloroethylene, dibromochloromethane, m-xylene, p-xylene, o-xylene, bromoform, and p-dichlorobenzene) was used for model samples. Adsorptive experiments were carried out by passing the air samples through a cartridge packed with HC-MWCNTs. Initial results showing high selectivity and high affinity for adsorbing aromatic VOCs (benzene, toluene, m-xylene, p-xylene, o-xylene, and p-dichlorobenzene) have provided new insight into the adsorption mechanisms. Data suggest that the HC-MWCNTs, unlike conventional carbon materials, adsorb aromatic compounds according to Fukui's frontier theory, which is based on the interactions between the HOMO and LUMO of the aromatic VOCs and those of the HC-MWCNTs.     

钙钛矿型催化剂对VOCs催化燃烧的抗毒性和稳定性研究

采用共沉淀法制备了钙钛矿型La0.8Cu0.2MnO3和La0.8Sr0.2MnO3催化剂,考察了两种催化剂对含硫、含氯VOCs气体催化燃烧的抗毒性和稳定性.结果发现,两种催化剂具有良好的抗氯性,但在SO2存在下会出现中毒失活现象,相比较而言,La0.8Sr0.2MnO3比La0.8Cu0.2MnO3具有更好的抗硫性和结构稳定性;采用XRD和XPS分析方法研究催化剂硫中毒机理,发现其失活原因在于催化剂表面生成CuSO4和SrSO4,形成屏蔽效应导致催化剂失活.     

高热稳定性Cu-Mn-O催化燃烧催化剂的制备

采用共沉淀法制备Cu-Mn-O前驱体, 以水洗和醇洗的方式去除杂质, 在空气气氛下干燥焙烧获得催化剂. 用BET、 XRD、 SEM对此催化剂的比表面积、晶相结构以及颗粒形貌进行了表征, 并以甲苯催化燃烧为探针反应考察了催化剂的性能. 结果表明, 在500 ℃焙烧, Cu-Mn-O催化剂的比表面积可以达到67.9 m2/g, 颗粒尺寸在100 nm左右并高度分散. 与水洗样品相比, 醇洗样品的活性相CuMn2O4热稳定性得到较大提高, 经700 ℃焙烧的Cu-Mn-O上甲苯完全燃烧温度降低了60 ℃;800 ℃焙烧后, 甲苯完全燃烧温度降低了约50 ℃.     

低负载量的双金属Au@Pt核壳催化剂催化氧化甲苯

采用液相氢气两步还原法制备了双金属Au@Pt核壳纳米粒子,通过直接吸附法将纳米粒子均匀地分散于载体上,制备出低负载量的双金属Au@Pt/Al₂O₃催化剂,并且评价了催化剂对甲苯的催化氧化性能。通过TEM、XRD、XPS、N₂吸附-脱附和H₂-TPR等对催化剂进行了表征。结果表明,与单金属Au和Pt催化剂相比,双金属Au@Pt核壳催化剂表现出更高的催化活性,具有很好的稳定性和选择性,在甲苯体积分数为1×10^-3,气体空速为18 L·g^-1·h^-1的条件下,Au₁@Pt₂/Al₂O₃核壳催化剂具有优异的催化氧化性能,其中甲苯实现98%的转化率的温度（T₉₈）为195℃。由XPS结果可知,在Au和Pt之间存在电子转移促进了Pt上活性氧物种的形成,催化剂的活性组分主要以Au⁰和Pt⁰的形式存在,并广泛分布在载体的表面上。Au@Pt纳米粒子与载体Al₂O₃之间的强相互作用也是提高甲苯催化氧化活性的重要因素。     

顶空固相微萃取/气相色谱-三重四极杆串联质谱法测定地表水与饮用水中的挥发性有机物

采用部分因子试验设计筛选出顶空固相微萃取的主要影响参数,利用中心复合设计对主要影响参数的取值进行了优化,建立了顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气相色谱-三重四极杆串联质谱(GC-MS/MS)测定地表水和饮用水中55种挥发性有机物(VOCs)的分析方法。取5.0 mL样品于顶空瓶中,加入0.75 g NaCl,使用CAR/PDMS 75μm纤维头,萃取温度40℃,萃取时间40 min,解析温度300℃,在GC-MS/MS选择反应监测(SRM)模式下检测,内标法定量。结果表明,55种VOCs在0.04～0.40、0.4～4.0、4.0～100μg/L质量浓度范围内线性良好,相关系数(r~2)均大于0.99,方法的检出限为0.03～80 ng/L,定量下限为0.1～300 ng/L。55种VOCs在0.2、2.0、40μg/L 3个加标水平下的平均回收率为77.3%～124%,相对标准偏差(RSD,n=6)为1.3%～17%。对3种地表水和3种饮用水进行测定,地表水中有37种VOCs被检出,饮用水中有25种VOCs被检出。实验证明,建立的HS-SPME和GC-MS/MS相结合的检测方法具有准确可靠、简单快速、灵敏度高等优点,适用于地表水和饮用水中VOCs的同时测定。     

基于改进型弹光调制结构的VOC气体浓度检测系统

由于传统弹光调制系统受调制晶体尺寸的限制,光谱分辨率较低,致使其气体浓度探测精度不高。为了提高系统光谱分辨率,设计了一种改进型弹光调制系统,通过使入射光在晶体内多次反射增大光程差,从而获取更高的光谱分辨率。整个系统由激光器、弹光调制器、起偏器、检偏器及光电探测器构成。弹光晶体上加工一个楔角θ,并在两个面上镀反射膜从实现增大有效光程的效果。计算了楔角对光程、调制相位以及能量的函数关系。最终确定了合适的楔角值,并给出了相应的光程函数表达式。实验分别对三种常见的VOC气体进行浓度分析,样气浓度采用PTM400-VOC型气体分析仪定标,并与传统弹光调制系统进行对比。结果显示,改进型弹光调制系统气体浓度检出限可达0.010 mg·m-3,相比传统弹光调制系统高一个数量级以上,气体浓度检测误差为3.4%,也优于传统型。综上所述,改进型弹光调制系统不但具备静态结构高稳定性的优点,同时还大幅提高了系统的光谱分辨能力及浓度检测精度。     

顶空固相微萃取-气相色谱/质谱法分析鉴定畜禽粪便中的挥发性有机化合物

采用顶空固相微萃取(HS-SPME)-气相色谱/质谱法(GC/MS)测定了牛粪、猪粪以及鸡粪中的挥发性有机化合物(VOCs)。在优化HS-SPME条件的基础上,通过GC/MS分析,从牛粪中分离鉴定出44种VOCs,从猪粪中分离鉴定出40种VOCs,从鸡粪中分离鉴定出41种VOCs。HS-SPME-GC/MS具有简单、快速、无需有机溶剂等特点,适合于畜禽粪便中挥发性有机化合物的分析与鉴定。同时,该研究揭示了畜禽养殖场臭味物质的来源,为治理其环境污染提供了科学依据。