基于印制电路板行业挥发性有机物工序实测的光化学活性与健康协同导向缓解策略

《Atmospheric Pollution Research》:Photochemical reactivity and health co-oriented mitigation strategy from process-based measurement of VOC for Printed Circuit Board industry

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Atmospheric Pollution Research 3.9

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   •SMB、SMP和SW是PCB生产中的高排放环节,需要优先管控。•芳烃和含氧挥发性有机物(OVOCs)是最丰富且最具反应活性的VOC组分。•醛类和卤代烃是对PCB工人危害最大的有害VOC。•提出了一种反应活性—健康管控策略,以最大化生态与人类健康效益。引言挥发性有机化合物(V

  
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    SMB、SMP和SW是PCB生产中的高排放环节,需要优先管控。
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    芳烃和含氧挥发性有机物(OVOCs)是最丰富且最具反应活性的VOC组分。
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    醛类和卤代烃是对PCB工人危害最大的有害VOC。
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    提出了一种反应活性—健康管控策略,以最大化生态与人类健康效益。

引言

挥发性有机化合物(VOCs)来源于多种人为和自然排放源(Li et al., 2019; McDonald et al., 2018; Wang et al., 2002),对人体健康和环境构成严重威胁(Lyu et al., 2020; Yan et al., 2023)。某些有害VOC(如苯和甲醛)会造成显著的急性和慢性暴露健康风险,包括致癌性和系统性毒性(Shah et al., 2013; Shin et al., 2015; US EPA, 1988, 2024; Xiong et al., 2024)。VOCs还是地面臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的关键前体物(Finlayson-Pitts and Pitts, 1997; Wu and Xie, 2017; Ziemann et al., 2012),这两者都是中国当前面临的最紧迫的大气质量问题(Liu et al., 2023; Liu and Wang, 2020; Zhao et al., 2024)。因此,未来的VOC减排框架需要将人体健康保护和空气质量改善的双重目标纳入其中。
作为中国主要的人为VOC排放源,工业排放量从2000年到2017年因经济发展而显著上升(Li et al., 2019; Simayi et al., 2022)。针对传统工业VOC排放源特征和反应活性组分的广泛研究已成功指导了国家排放标准制定和VOCs减排工作(Lin et al., 2023; 中华人民共和国生态环境部, 2019a; 2022; Mo et al., 2021; Xie et al., 2023; Zhao et al., 2026)。然而,对于快速发展行业——尤其是印制电路板(PCB)制造——缺乏专门的排放标准,阻碍了有效的VOC管理。PCB是电子行业的基础组件,人工智能的快速发展推动了PCB生产产能的持续扩张,目前中国PCB产能已占全球市场半壁江山以上(中国印制电路行业协会, 2024)。复杂工艺中有机溶剂的大量使用加剧了PCB排放对区域VOCs的影响,尤其是在传统工业VOC排放减少的背景下(Simayi et al., 2022)。此外,主要PCB制造集群与以VOC受限型的O3污染热点区域高度重叠(Zhang et al., 2023; Yang et al., 2025),使PCB来源VOCs的削减成为大气质量管理的迫切优先事项。
已有少量研究通过对有组织排放、无组织排放和特定生产工艺的调查,探讨了VOCs排放特征并识别了关键反应活性VOC组分(Jiang et al., 2023; Lv et al., 2021; Ma, 2012; Shen et al., 2018; Wang et al., 2013; Zhu et al., 2025)。然而,PCB生产工艺复杂且使用多种原材料,阻碍了对PCB VOC特征的全面理解(Cai et al., 2014)。一方面,PCB制造涵盖多达九种不同的VOC排放工艺(中国印制电路行业协会, 2024; Ma, 2012),而所有环节产生的VOCs通常通过统一的排气筒集中排放(Cai et al., 2014)。仅依赖排气筒排放数据无法区分各工艺的具体排放,从而无法筛选出优先管控的高排放工艺并制定针对性的分阶段减排策略。另一方面,不同生产工艺使用的不同溶剂导致特征VOC组分存在显著差异(中国印制电路行业协会, 2024)。原材料信息显示,印刷工艺主要使用含芳香烃的油墨,而清洗工艺主要使用卤代有机溶剂。同时,热风整平和电镀工艺由于使用特殊原材料而表现出独特的排放源特征。传统的仅关注集中排气筒排放的监测方式忽略了各工艺VOC组成差异,容易导致遗漏反应活性VOC组分(Jiang et al., 2023; Ma, 2012)。因此,对车间内VOCs的真实组分进行监测,有助于表征各工艺特定的排放特征,这对于制定量身定制的、分阶段的、以光化学反应活性为导向的减排策略至关重要。
保护人体健康是VOC减排的首要目标,特别是对于在车间内长期近距离暴露的工人而言。以往在钢铁厂、炼油厂、喷涂和制药等传统行业的健康风险评估中, consistently 将职业暴露水平升高与卤代烃、芳烃和OVOCs联系在一起(Chiang et al., 2010; Feng et al., 2022; Lin et al., 2023; Mo et al., 2021; Zhang et al., 2024)。然而,近期研究表明,由于生产工艺的复杂性,高浓度组分、光化学反应活性和有毒物种之间存在显著的不匹配(Tao et al., 2026)。例如,芳烃是影响总排放量和大气反应活性的关键组分,而卤代烃尽管质量分数极低,却主导了人体健康风险。在PCB生产过程中,复杂的工艺需要大量消耗特种溶剂,特别是含有剧毒化合物的卤代清洗剂(Xiong et al., 2024)。尽管致癌和非致癌健康效应在整个职业生涯中可能因长期直接暴露而增加,但PCB生产中特定有毒VOC的特征仍然知之甚少,对车间的全面职业暴露评估仍然缺乏(Xiong et al., 2022)。因此,准确识别特定有毒VOC对于建立基于证据的安全规程和降低职业健康风险至关重要。
尽管自2019年起国家和省级综合VOC限值已适用于PCB制造(中华人民共和国生态环境部, 2019b; 广东省生态环境厅, 2022),但这些标准仅限制VOC总排放量,未对单独的反应活性或有毒组分进行差异化管控。主要原因在于基于工艺的排放源特征知识不完整,加上对特定反应活性和有毒VOCs的了解不足。为弥补这一空白,本研究在中国最大的PCB生产基地——珠三角(PRD)地区的20家代表性PCB制造企业进行了调查,旨在建立详细的分工艺VOC排放源特征,并筛选出优先管控的高排放环节。通过评估臭氧生成潜势(OFP)、二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)和吸入健康风险,我们确定了关键反应活性和有毒VOC组分之间的差异,并进一步为PCB制造开发了多维度的VOC减排框架。

章节摘要

采样点位与采集

为获取具有代表性的PCB分工艺VOC排放源特征,研究团队于2023年9月至10月在珠三角地区的四个城市中的20家企业采集了VOC样品,该地区是中国最重要的PCB制造基地之一(中国印制电路行业协会, 2024)。这些企业的规模差异较大,产品涵盖单面PCB、双面PCB、多层PCB等多种类型。图1展示了PCB生产的详细工艺流程。

VOC排放特征

图2a展示了九个生产工艺过程中测得的VOC质量浓度。由于无法测量各单元的排气流量且不同装置的操作负荷动态变化,本研究使用车间内测得的VOC质量浓度来识别潜在高排放工艺,而非计算各工艺的绝对质量排放贡献。SMB工艺表现出最高的VOC质量浓度,为27.1±27.5 mg m?3(均值±95%置信区间)。

臭氧生成潜势

鉴于VOCs光化学反应活性的差异,本研究计算了OFP以确定优先管控的工艺和组分。有组织排放的OFP为121.7 ± 71.2 mg m?3(图2b)。无组织排放的OFP为29.0 ± 21.1 mg m?3,凸显了升级收集系统将无组织排放转化为集中处理设施的必要性。在车间内,SMB、SMP和SW工艺排名最高(分别为108.3 ± 87.8、69.2 ± 32.7和38.9 ± 18.3 mg m?3),其次是。

结论

为全面表征PCB生产的VOC排放,本研究通过分析20家代表性企业的122个样品,建立了分工艺VOC排放特征,涵盖九个生产环节以及无组织排放和有组织排放。车间内排放的VOCs浓度范围为1.2至27.1 mg m?3,其中SMB、SMP和SW为高排放工艺,需优先管控。尽管各生产阶段的VOC特征存在差异,但芳烃和OVOCs是最丰富且最具反应活性的组分。

作者贡献声明

庞晓娣:方法论、调查研究。廖承浩:论文撰写—审阅与编辑、调查研究、概念构思。刘建军:方法论、概念构思。叶辰硕:方法论、调查研究、概念构思。余青青:方法论、调查研究。宋伟:方法论、概念构思。张燕丽:方法论、概念构思。张永波:论文撰写—初稿、资金获取、概念构思。王新明:论文撰写—审阅与编辑、概念构思。

未引用参考文献

中国印制电路行业协会, 2024; 广东省生态环境厅, 2022; 中华人民共和国生态环境部, 2019a; 中华人民共和国生态环境部, 2022; 中华人民共和国生态环境部, 2019b; 中华人民共和国工业和信息化部, 2020a; 中华人民共和国工业和信

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了广东省科学技术厅(2023A1111120020)、国家自然科学基金(42207138、42505113)、广东省环境科学研究院青年基金(YFSP2024-03)以及广东省教育厅(2024KTSCX355)的资助。
杨维强|彭超|曾武涛|庞晓娣|廖承浩|刘建军|叶辰硕|余青青|宋伟|张燕丽|张永波|王新明
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