一种用于沥青路面施工沥青烟气中多环芳烃的检测方法及装置与流程

本发明涉及一种烟气中多环芳烃检测方法，特别是一种用于沥青路面施工沥青烟气中多环芳烃的检测方法及装置。

背景技术：

沥青路面施工过程中包含沥青混合料拌合、摊铺、压实等步骤，在此期间产生的烟气会持续向环境释放，烟气中含有可吸入颗粒、多环芳烃等污染物。特别是近些年公路建设突飞猛进，通车里程数增长迅速。因此，沥青路面施工已成为不可忽视的有害气体和粉尘颗粒污染源，其中多环芳烃类物质是危害最大的一类污染物，尤其是美国环保署(USEPA)规定的16种优先控制的多环芳烃对环境的影响尤为严重。

随着全社会环保意识的提高，沥青路面施工过程中排放的烟气问题越来越引起人们的关注。但目前缺少较为准确的沥青烟气中多环芳烃的检测方法。更为重要的是烟气的收集问题，沥青路面施工现场受到风速、气温、天气情况等不可控因素的影响，难以保证烟气采样的可靠性、随机性和均一性；而且由于是露天施工，沥青与石料拌合以及沥青混合料摊铺、压实过程中，存在大量固体粉尘，因此固体颗粒会吸附部分烟气，这样烟气就会分为颗粒相和气相，使烟气收集更为复杂。由于沥青烟气收集采样的困难以及沥青烟气检测方法的缺乏，导致沥青路面施工过程中向环境释放的中多环芳烃难以进行准确的定性定量检测。

公开号为CN20151089111的专利公开了一种“沥青受热及自燃过程中的沥青烟气测定方法”，该发明通过加热反应釜里的沥青在一定温度下产生沥青烟气，然后在反应釜与外界相连的细管口处设置一带数据储存的便携式烟气测定仪的探针，实时监测产生的沥青烟气中各气体的浓度变化，可对沥青在受热及自燃过程中产生的沥青烟气情况进行分析、研究。该方法采用的是便携式烟气分析仪，对烟气中的各种气体浓度有检测上限，而且沥青烟气中的碳氢化合物较为复杂，特别是多环芳烃类物质，同分异构体种类很多。便携式烟气分析仪的气体传感器不论是红外气体传感器或是电化学气体传感器，都难以准确定性定量分析沥青烟气中的多环芳烃类物质。

公开号为CN201510896950的专利公开了一种“沥青路面摊铺施工过程中的沥青烟气测定方法”，该发明在摊铺机的螺旋分料器的上方固定安装3个便携式烟气测定仪，让摊铺机模拟摊铺工作时载荷的真实情况，测定不同负荷率情况下摊铺机自身载荷但不摊铺工作时产生的尾气排放；然后在摊铺过程中全程记录摊铺进行处路面的沥青烟气排放情况；再减去摊铺机自身载荷但不摊铺工作产生的尾气排放，即为道路摊铺施工过程中因摊铺而产生的沥青烟气排放。该方法也使用便携式烟气分析仪，对气体浓度有检测上限，而且难于准确定性定量分析多环芳烃类物质。另外，该方法是在沥青摊铺现场进行沥青烟气采样检测，受到现场环境风速、气温等不可预测因素的影响。虽然该方法考虑了这些因素的影响，规定了现场风速和气温的范围，而且设置了修正系数，但修正系数是基于经验的，难以覆盖所有现场环境不确定因素的影响，不够精确，也不能使该方法排除现场环境因素的影响，无法实现全天候检测。

上述现有技术存在沥青施工现场烟气收集不可靠，难以准确定性定量检测沥青烟气中多环芳烃类物质等问题。

技术实现要素：

针对如何模拟沥青施工过程中烟气释放并进行收集，进而解决沥青烟气现场采样收集可靠性问题，以及沥青烟气中的多环芳烃准确定性定量检测问题，本发明的目的是提供了一种简便易行，定性定量准确的用于沥青路面施工沥青烟气中多环芳烃的检测方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的检测方法，按以下步骤进行：

(1)将烟气发生管置于管式炉空腔内，按每克沥青样品需要2～5g吸附树脂计算吸附树脂用量，将计重的吸附树脂装入烟气收集管，并将烟气收集管与烟气发生管连接；

(2)称量沥青样品，放入样品容器，推入烟气发生管中央位置；

(3)将气瓶中的气体通入烟气发生管，烟气发生管内流速控制在0.05m/s～0.5m/s；

(4)用控温仪控制管式炉升温到沥青路面施工温度100℃～180℃。当管式炉升温至目标温度，恒温2h～5h,然后降温到室温；

(5)自管式炉升温开始，至管式炉降温到室温，用湿式流量计计量期间的气体总体积；

(6)关闭气瓶阀门，将烟气收集管与烟气发生管分离，取出所有吸附树脂，放入密封袋中，将密封袋放入干燥器中避光储存；

(7)将吸附有烟气的吸附树脂样品中的多环芳烃用溶剂提取，将提取液浓缩，然后用硅胶柱或氟罗里硅土柱进行净化后，进行气相色谱-质谱联机(GC/MS)检测，根据保留时间、质谱图或特征离子进行定性，内标法定量。

为了完成本发明的目的设计了一种沥青烟气收集装置，它是气瓶连接转子流量计气体入口，转子流量计气体出口与烟气发生管入口连接，烟气发生管出口与烟气收集管入口，烟气收集管出口与湿式流量计气体入口连接，湿式流量计气体出口与真空泵连接，烟气发生管处于管式炉空腔中，管式炉连有控温仪。

所述气瓶中的气体为氮气、氩气等不可燃气体；所述烟气发生管与烟气收集管连接方式为法兰或者螺纹；所述样品容器是坩埚、瓷舟等陶瓷类容器或玻璃类容器；所述烟气收集管中装有可以吸附烟气的树脂类材料。

所述烟气收集管中装有的树脂类材料是聚氨酯类、聚苯乙烯类等树脂，如XAD、PUF等。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本方法能够模拟各种沥青材料在不同施工温度条件下的烟气排放，能准确定性定量分析烟气中多环芳烃类污染物。

2.本方法能够排除现场环境影响烟气样品采集可靠性的各种气候和人为因素，避免产生固相颗粒物吸附烟气，使烟气收集更为简单准确，保证烟气采集和多环芳烃分析结果准确、可靠、可重复。

3.本方法简便易行，容易实现，无需动用大型施工机械，也不用在大量不同位置采样点进行烟气采集，节省人力物力。

附图说明

图1是本发明所使用的沥青烟气收集装置结构示意图。

如图中：1：气瓶；2：烟气发生管；3：转子流量计；4：控温仪；5：管式炉；6：烟气收集管；7：真空泵；8：湿式流量计；9：样品容器。

具体实施方式

实施例1

一种沥青烟气收集装置，用于模拟沥青路面施工过程中排放沥青烟气的收集，包括烟气发生管2、烟气收集管6、管式炉5、样品容器9，气瓶1通过管道连接转子流量计3气体入口，转子流量计3气体出口通过管道与烟气发生管2入口连接，烟气发生管2与烟气收集管6通过螺纹连接，烟气收集管6出口通过管道与湿式流量计8气体入口连接，湿式流量计8气体出口通过管道与真空泵7连接；烟气发生管2处于管式炉5空腔中，管式炉5连有控温仪4。气瓶1中的气体为空气，样品容器9是瓷舟。

将20g XAD-2树脂装入烟气收集管6，并将烟气收集管6与烟气发生管2连接，然后将烟气发生管2插入管式炉5空腔内。

称量10g70#道路石油沥青样品，放入样品容器9，推入烟气发生管2中央位置。

通过转子流量计3控制通入烟气发生管2的空气流量为120l/h，此时烟气发生管2中的气体流速为0.054m/s。用控温仪4控制管式炉5升温到170℃。当管式炉5升温至170℃，恒温2h,然后降温到室温。自管式炉5升温开始，至管式炉5降温到室温，用湿式流量计8计量期间的气体总体积为1440L。关闭气瓶1阀门，将烟气收集管6与烟气发生管2分离，取出所有吸附树脂，放入密封袋中，将密封袋放入干燥器中避光储存。

将吸附有烟气的吸附树脂样品中的多环芳烃用二氯甲烷溶剂提取，将提取液浓缩，然后用硅胶柱柱进行净化后，使用气相色谱-质谱联用仪(日本岛津GCMS QP-2010plus)测定样品中的16种USEPA优控多环芳烃的浓度，色谱柱为RTX-5(30m×0.32mm×1μm)。升温程序：65℃起温(保持2min)，5℃/min升温至290℃(保持20min)。离子源为电子轰击离子源(EI)，离子扫描模式为单粒子扫描模式(SIM)。目标化合物的定性主要根据标准样品中化合物保留时间，并结合质谱检索进行确定。目标化合物的定量采取内标法。16种多环芳烃检测结果见表1。

实施例2

烟气发生管2与烟气收集管6通过法兰连接；样品容器9是瓷舟；烟气收集管6中装有吸附烟气的XAD-2树脂。

将30g吸附树脂装入烟气收集管6，并将烟气收集管6与烟气发生管2连接，然后将烟气发生管2插入管式炉5空腔内。

称量10g煤焦油沥青样品，放入样品容器9，推入烟气发生管2中央位置。

通过转子流量计3控制通入烟气发生管2的氮气流量为1000l/h，此时烟气发生管2中的气体流速为0.486m/s。用控温仪4控制管式炉5升温到130℃。当管式炉5升温至130℃，恒温5h,然后降温到室温。自管式炉5升温开始，至管式炉5降温到室温，用湿式流量计8计量期间的气体总体积为1637L。关闭气瓶1阀门，将烟气收集管6与烟气发生管2分离，取出所有吸附树脂，放入密封袋中，将密封袋放入干燥器中避光储存。

将吸附有烟气的吸附树脂样品中的多环芳烃用二氯甲烷溶剂提取，将提取液浓缩，然后用氟罗里硅土柱进行净化后，使用气相色谱-质谱联用仪(日本岛津GCMS QP-2010plus)测定样品中的16种USEPA优控多环芳烃的浓度，色谱柱为RTX-5(30m×0.32mm×1μm)。升温程序：65℃起温(保持2min)，5℃/min升温至290℃(保持20min)。离子源为电子轰击离子源(EI)，离子扫描模式为单粒子扫描模式(SIM)。目标化合物的定性主要根据标准样品中化合物保留时间，并结合质谱检索进行确定。目标化合物的定量采取内标法。其余同实施例1。16种多环芳烃检测结果见表1。

实施例3

样品容器9是石英玻璃皿；烟气收集管6中装有吸附烟气的PUF树脂。

将25g吸附树脂装入烟气收集管6，并将烟气收集管6与烟气发生管2连接，然后将烟气发生管2插入管式炉5空腔内。

称量10g混合沥青(煤焦油沥青：石油沥青质量比＝2:8)样品，放入样品容器9，推入烟气发生管2中央位置。

通过转子流量计3控制通入烟气发生管2的空气流量为360l/h，此时烟气发生管2中的气体流速为0.162m/s。用控温仪4控制管式炉5升温到160℃。当管式炉5升温至160℃，恒温2h,然后降温到室温。自管式炉5升温开始，至管式炉5降温到室温，用湿式流量计8计量期间的气体总体积为1381L。关闭气瓶1阀门，将烟气收集管6与烟气发生管2分离，取出所有吸附树脂，放入密封袋中，将密封袋放入干燥器中避光储存。

将吸附有烟气的吸附树脂样品中的多环芳烃用二氯甲烷溶剂提取，将提取液浓缩，然后用硅胶柱柱进行净化后，使用气相色谱-质谱联用仪(日本岛津GCMS QP-2010plus)测定样品中的16种USEPA优控多环芳烃的浓度，色谱柱为RTX-5(30m×0.32mm×1μm)。升温程序：65℃起温(保持2min)，5℃/min升温至290℃(保持20min)。离子源为电子轰击离子源(EI)，离子扫描模式为单粒子扫描模式(SIM)。目标化合物的定性主要根据标准样品中化合物保留时间，并结合质谱检索进行确定。目标化合物的定量采取内标法。其余同实施例1。16种多环芳烃检测结果见表1。

表1沥青烟气吸附树脂中16种多环芳烃检测结果

为验证本发明的准确度，针对不同种类沥青样品，对本方法整个过程(包括烟气收集、吸附树脂抽提、浓缩、净化、GC-MS分析)进行了加标回收率计算(见表2)，结果表明，应用本发明的几种典型多环芳烃加标回收率明显优于现有方法(HJ 646-2013环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定气相色谱-质谱法)。

表2本发明加标回收率实验结果