VOCs是一大類以碳為基礎的化學物質,在室溫下很容易揮發,快速發展的城鎮化和工業化造成了越來越多的VOCs進入環境中。VOCs包括烴、醛、酮、醇、酯、酸、酚、胺、腈等。表1為常見VOCs的物理、化學以及熱力學性質。
表1常見VOCs的物理、化學以及熱力學性質
有機物 | 化學式 | Cp(J/mol℃) | 沸點(℃) | ΔGf(kJ/mol) | ΔHf(kJ/mol) | ΔHc(kJ/mol)@25℃ |
甲苯 | C7H8 | 166.0 | 110.6 | 114.09 | 12.0 | -3909.8 |
丙烷 | C3H8 | 73.8 | -42 | -23.4 | -103.8 | -2220.2 |
苯 | C6H6 | 136.1 | 80.1 | 124.5 | 49.0 | -3267.6 |
乙苯 | C8H10 | 185.9 | 136 | 120.0 | -12.5 | -4564.7 |
鄰二甲苯 | C8H10 | 188.8 | 144 | 110.8 | -24.4 | -4552.8 |
乙炔 | C2H2 | 44 | -84 | 209.2 | 226.7 | -1299.6 |
丙酮 | C3H6O | 125.0 | 56 | -155.3 | -248.1 | -1789.9 |
甲醛 | CH2O | 35.4 | -19 | -109.9 | -115.9 | -563.4 |
正己烷 | C6H4 | 195.0 | 68 | -4.0 | -198.8 | -4163.1 |
二氯甲烷 | CH2Cl2 | 50.8 | 39.6 | -68.9 | -95.5 | -583.8 |
三氯甲烷 | CHCl3 | 65.8 | 61.2 | -68.5 | -101.3 | -435.2 |
四氯甲烷 | CCl4 | 133.9 | 76.72 | -62.5 | -132.8 | -260.7 |
三氯乙烯 | C2HCl3 | 80.02 | 87.2 | 6.7 | -19.1 | -910.8 |
四氯乙烯 | C2Cl4 | 95.6 | 121.1 | 20.6 | -14.2 | -772.8 |
乙醛 | C2H4O | 53.7 | 20.2 | -133.2 | -166.4 | -1192.3 |
乙烯 | C2H4 | 42.9 | -103.7 | 68.4 | 52.2 | -1411.1 |
VOCs對環境的影響取決于其性質、濃度以及排放源。VOCs不僅會通過各種化學反應形成空氣污染,還會直接對環境產生毒性。VOCs對環境及人類的主要危害性有以下幾點:
(1)直接污染環境
釋放到環境中的VOCs會直接污染空氣、土壤、地下水等生態環境系統。
(2)造成大氣光化學污染
光化學煙霧中二次污染物只要有O3、PAN(過氧乙酰硝酸酯)、含氧有機物(醛類、酮類和有機酸類)以及PM2.5。VOCs和NOx是O3生成的重要前體物,其中芳香烴和烯烴是對O3生成影響最大的VOCs。PAN沒有天然源,其全部是由光化學污染產生,即由VOCs和NOx進行的光化學反應產生。研究表明,北京、上海、廣州和西安PM2.5中有機物占到30%~40%,二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機物(VOCs)經過化學轉化形成的二次組分是PM2.5的主要組成。
(3)臭氧層破壞和全球變暖
一些VOCs,特別是鹵代化合物會對臭氧層產生顯著的破壞,其還是大氣中自由基的主要來源之一,所產生的自由基會導致溫室效應從而造成全球變暖。鹵代化合物作為溫室氣體的百年全球變暖勢(100-year global warming potential,GWP)在10至1800之間,相比于GWP只有1的二氧化碳來說要高得多。
(4)危害人體健康
VOCs中的毒性物質,會嚴重危害人體健康,甚至導致死亡。在世界衛生組織公布的I類致癌清單中,明確指出的VOCs有20種,如表2。
表2 部分揮發性有機物對人體的危害
有機物 | 進入人體方式 | 性質 | 對人體的危害 |
甲醛 | 呼吸道、皮膚 | 無色有毒氣體 | (1)急性中毒時導致流淚、結膜發炎、鼻炎、咳嗽、支氣管炎、頭痛暈厥。 (2)慢性中毒時導致視力減退、指尖變綠、指甲床疼痛、皮炎。 |
甲醇 | 吸入蒸氣 | 強毒性物質 | (1)吸入蒸汽中毒時導致劇烈頭疼、頭暈、惡心、耳鳴、視力受損甚至失明。 (2)誤服中毒時導致惡心、嘔吐、全身皮膚青紫、呼吸困難、四肢痙攣,嚴重者呼吸停止死亡。 |
苯及其衍生物 | 呼吸道、皮膚 | 有毒氣體 | (1)急性中毒是導致頭暈、惡心、嘔吐、流淚,重者肌肉抽搐,肢體痙攣、昏迷,很快致死。 (2)慢性中毒導致驚悸、耳鳴、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、視力減退。長期暴露會影響血液系統,紅細胞減少,出現再生性貧血。高濃度的職業暴露則會引發白血病。 |
苯胺 | 呼吸道、皮膚 | 高毒性無色油狀液體 | (1)急性中毒時導致頭痛、惡心、嘔吐、發紺、驚悸,血壓增高,嚴重者意識不清,抽搐、痙攣,體溫下降、瞳孔方法,很快死亡。 (2)慢性中毒導致造血系統受損,血液中毒,紅血球數目減少。泌尿系統受損,排尿困難,血尿,尿頻。少數人發生前列腺癌和膀胱癌 |
二惡英 | 呼吸道、皮膚、消化道 | 劇毒、致癌、致畸、致突變 | 被認為是當今世界上已知的毒性最強的致癌物質。 |