工业废物焚烧烟气中，氨是常被关注的含氮排放物。但在大气新粒子形成过程中，痕量胺类物质的作用可能更“敏感”：它们浓度不一定高，却能显著促进气溶胶成核，进而影响空气质量和气候效应。长期以来，工业焚烧源中烷基胺和酰胺的实时排放数据十分有限，这也让相关排放清单和环境风险评估存在空白。
近日，大连化物所质谱与快速检测研究中心（102组群）利用自主研制的光电离飞行时间质谱仪（PI-TOFMS），对固体废物焚烧烟气中烷基胺和酰胺开展实时在线监测，首次获得了工业焚烧源排放该类含氮有机物的直接在线观测证据。研究在烟气净化系统进出口准确识别出氨以及9种含氮有机物，包括5种烷基胺和4种酰胺，揭示了其在焚烧烟气净化过程中的去除、转化和排放特征。
图1 烷基胺和酰胺在固体废物焚烧烟气净化系统进、出口的原位检测策略
难点：如何捕捉“低浓度、快变化”的含氮有机物
传统胺类检测方法往往需要吸收、萃取、衍生化和离线色谱分析，流程较长，难以捕捉工业烟气中快速变化的浓度波动；部分在线质谱方法又容易受到试剂离子反应和同量异位干扰影响，在复杂烟气基质中解析难度较大。
为解决这一问题，团队构建了面向工业现场的PI-TOFMS在线监测系统。系统集成烟气采样管路、烟气控制单元、标准气系统、自动控制系统和质谱仪器，可自动完成管路吹扫、烟气采样、质谱检测和在线校准等流程，实现无人值守的现场连续监测。测试在华南地区一套处理能力为500 t/d的固体废物焚烧系统上开展，采样点分别位于烟气净化系统入口和出口。
图2 焚烧烟气中氨、烷基胺和酰胺的质谱图
发现：酰胺处于ppm水平，烷基胺虽低却不可忽视
依托PI-TOFMS的高分辨能力，团队在烟气中检出了氨、5种烷基胺（C2H7N、C3H9N、C4H9N、C6H7N、C7H9N）和4种酰胺（CH3NO、C2H5NO、C3H5NO、C3H7NO）。在净化系统入口，氨浓度为598.50±92.70 ppm，烷基胺处于ppb水平，酰胺处于ppm水平；经净化系统处理后，出口氨浓度降至16.16±4.47 ppm，烷基胺和酰胺总体去除效率为59.2%。
值得注意的是，出口C2H7N和C3H9N浓度仍高于典型环境大气水平50倍以上，提示焚烧烟气可能是大气烷基胺和酰胺的重要人为排放源。
图3 烟气净化系统进、出口氨、烷基胺和酰胺浓度变化
机制：净化系统不仅在“去除”，也可能在“转化”
进一步分析发现，烟气净化系统对不同含氮物种的影响并不相同。氨主要通过SCR脱硝反应被高效去除，而烷基胺和酰胺更多依赖活性炭和飞灰等介质的物理吸附，因此整体去除效率低于氨。净化后，烟气中氨的相对含量由93.2%-99.0%下降至60.9%-86.3%，而烷基胺和酰胺的相对含量由1.0%-6.8%升高至13.7%-39.1%。
图4 烟气净化过程中氨、烷基胺和酰胺相对含量变化
相关性分析提供了更进一步的线索：在净化系统入口，氨与检出的烷基胺和酰胺总体呈负相关；而在出口，这一关系转变为正相关。这说明净化过程并非简单的“削减浓度”，还可能伴随氨向含氮有机物的二次转化。
图5 氨与烷基胺、酰胺在烟气净化系统进、出口的相关性分析
为验证这一推断，团队利用飞灰模拟焚烧系统中的表面环境，并通过PI-TOFMS在线监测氨与甲醛反应过程。结果表明，在受控条件下，氨与甲醛反应可生成C2H7N、C3H9N、C2H7NO和C3H5NO等含氮有机物，为烟气净化系统中可能发生的二次转化路径提供了直接实验支持。
图6 氨向含氮有机物转化的在线模拟监测
总结与展望
基于测试焚烧装置平均烟气流量91659 m3/h和年运行8000 h估算，单台测试焚烧炉烷基胺和酰胺年排放量约为2.10 t(N)/y，与氨年排放量7.41 t(N)/y处于同一数量级。考虑到烷基胺较氨具有更强的大气成核增强效应，其排放带来的环境风险不容忽视。该研究提示，在工业挥发性有机物和氨排放控制策略中，应进一步关注烷基胺、酰胺等含氮有机物的协同减排，并优化烟气净化过程，抑制其形成和释放。
相关研究以“Real-Time Detection of Alkylamine and Amide Emissions from Industrial Waste Incineration”为题，发表在《ACS ES&T Air》上。该工作的第一作者为大连化物所任美慧博士，通讯作者为大连化物所花磊研究员，李海洋研究员、陈吉平研究员等参与指导。该工作得到国家自然科学基金（22306182、22127809）、中国科学院科研仪器研制项目（PTYQ2024TD0012）、辽宁省兴辽英才计划（XLYC2403066）、大连市高层次人才创新支持计划（2023RQ016、2024RJ004）、辽宁省科技联合计划（2024JH2/102600010）和辽宁省自然科学基金（2024-MSBA-54）等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsestair.6c00074
