基于光电离飞行时间质谱的非氯代单环芳烃实时监测技术助力焚烧烟气二噁英预测

针对垃圾焚烧烟气中二噁英(PCDD/Fs)传统检测周期长、成本高的问题，研究人员创新性地采用光电离飞行时间质谱(PI-TOFMS)技术，以非氯代单环芳烃为指示物建立回归模型，实现5分钟快速预测(预测值0.096±0.009 ng/m3 vs实测值0.097±0.035 ng/m3)，为焚烧厂二噁英实时监控提供经济高效解决方案。

　　

随着城市化进程加速，生活垃圾焚烧逐渐取代填埋成为主流处理方式，但其产生的二噁英（多氯代二苯并二噁英/呋喃，PCDD/Fs）因具有强致癌性和内分泌干扰效应，成为全球环境监管的重点。传统高分辨气相色谱/质谱联用技术（HRGC/HRMS）需耗时1-2周，无法满足焚烧厂实时调控需求。尽管氯苯(CBzs)、氯酚(CPhs)等前体物已被研究作为替代指标，但其浓度在常规工况下仍处于pptv级，检测难度大。

中国科学院大连化学物理研究所团队在《Fuel》发表研究，创新性地选择浓度更高（ppbv级）、更易检测的非氯代单环芳烃作为指示物，利用自主研发的光电离飞行时间质谱（PI-TOFMS），在500吨/日规模的垃圾焚烧厂锅炉出口和烟囱设置双采样点，通过四种工况下的同步监测，建立了单环芳烃与二噁英浓度的线性回归模型。关键技术包括：1）PI-TOFMS在线监测系统（5分钟分辨率）；2）锅炉出口与烟囱双点位采样设计；3）苯系物（B0-B4）和酚类（P0-P2）共8种化合物的动态特征分析；4）一元/多元线性回归建模。

【动态排放特征】
质谱筛选出信号最强的8种化合物：苯(B0, m/z 78)、甲苯(B1)、二甲苯(B2)、三甲苯(B3)、四甲苯(B4)、酚(P0)、甲基酚(P1)和二甲基酚(P2)。其中四甲苯(B4)浓度最高（锅炉出口达42.6 ppbv），且与二噁英相关性最强（R=0.93）。

【模型预测效能】
锅炉出口指标对烟囱二噁英的预测最优：预测值0.096±0.009 ng/m³与实测值0.097±0.035 ng/m³高度吻合。四甲苯(B4)在多元模型中的权重系数达0.61，显著高于其他化合物。

该研究首次证实非直接前体物——单环芳烃可通过平行反应路径关联二噁英生成，所建模型突破传统检测时空限制，为焚烧设施提供可规模化应用的实时监控方案。国家自然科学基金（22306182等）和辽宁省科技计划等支持了该工作，成果对实现我国"0.1 ng TEQ/m³"排放标准具有重要实践意义。