草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.

鄱阳湖湿地溶解性有机质的光化学属性对水体光活性中间体(PPRIs)季节性变化的影响

湿地的水文和水化学在时空尺度上会呈现显著差异,进而会引发光化学反应的变化,光活性中间体(PPRIs)是水体间接光反应的产物,具有极强的氧化性,对水环境中有机物和污染物的归驱具有重要的影响,因此迫切需要探究湿地中PPRIs的产生过程。本研究通过捕获剂法监测了鄱阳湖湿地4个季节水体中3种PPRIs(^(1)O_(2)、·OH及^(3)CDOM^(*))的产生速率和稳态浓度的变化,并通过紫外吸收光谱、三维荧光光谱、以及傅立叶变换离子回旋共振质谱等技术对水体中可溶性有机质(DOM)组分的化学特征进行分析,揭示了鄱阳湖湿地不同季节水体中的DOM的光化学反应特性及与PPRIs产生的相关性。结果发现:鄱阳湖夏季和秋季水体的pH值、溶解有机碳(DOC)浓度较高,相反,硝酸盐、亚硝酸盐浓度在夏季和秋季较低。夏季和秋季的DOM中芳香族化合物丰度较高,并且木质素丰度明显高于冬季和春季。不同季节鄱阳湖水体有色可溶性有机物产生能力依次为秋季>夏季>冬季>春季。夏季和秋季水体中^(1)O_(2)和·OH产生速率和稳态浓度显著高于春季和冬季水体。pH、DOC、E2/E3、脂类、蛋白类及木质素类与PPRIs产生速率展现出了良好的正相关关系,尤其是其中的DOC与木质素类组分;另外在三维荧光指标结果中,荧光指数(FI)和新鲜度指数(β/α)与PPRIs呈现负相关关系,证明FI值越低即DOM陆源性越高、非新生DOM比例越高,则PPRIs产生速率越高。综上,PPRIs的光化学产生与植物源DOM密切相关。与春季和冬季相比,夏季和秋季鄱阳湖水体的有机质高,而其中DOM组分中芳香族化合物丰度较高,主要来自陆生植物和土壤有机质,其有机质的腐殖化水平较高,而在春季和冬季水体有机质主要来自湖泊本身和微生物产生的有机质,属于内源。淹水植物残体降解过程释放的有机组分,对夏、秋季DOM的来源和组成有着极易被忽视的影响和作用,而其中光化学活性较强的有机组分如木质素是造成其PPRIs产率更高的主要原因。

β-罗勒烯光化学反应生成SOA和O_(3)的影响因素

β-罗勒烯(C_(10)H_(16))是BVOCs的优势物种,为明晰其光化学反应的影响因素,通过设计单因素变量、多因素变量β-罗勒烯光化学反应试验探究了β-罗勒烯光化学反应机理。结果表明:SOA粒子数和O_(3)浓度与β-罗勒烯初始浓度、NO_(2)初始浓度、光照强度之间呈正相关关系;[C_(10)H_(16)]/[NO_(2)]值为6时比其值为1的条件下更有利于提高SOA产率;利用响应曲面法分析发现,对β-罗勒烯光化学反应影响最显著的反应条件是光照强度为800μW/cm^(2),β-罗勒烯初始浓度为200 mg/m^(3),NO_(2)初始浓度为20 mg/m^(3)。

超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用

以乙二醇(EG)为还原剂,通过波长为395 nm近紫外光和450、650 nm的可见光照射C_(60)及K_(2)[PtCl_(4)]混合液,制备了超细铂纳米颗粒(Pt/C_(60)-E)。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)以及高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)等表征手段对Pt/C_(60)催化剂的组成及形貌进行了研究,结果表明,铂纳米颗粒在C_(60)表面分散良好,平均粒径约为2.6 nm。在催化p-NP还原实验中,在近紫外光(395 nm)照射下所制备催化剂(Pt/C_(60)-E3)表现出最高的催化活性,其速率常数k=0.12 min^(-1)。在催化剂循环实验中,多次循环催化剂仍具有较高的活性,实验证明光化学法对前驱体铂催化剂制备起到良好的作用。

民用燃烧源排放PM_(2.5)中多环芳烃的光化学氧化过程

利用潜在气溶胶质量氧化流动反应器(PAM-OFR)测定了不同民用燃烧源新鲜和老化母体多环芳烃(pPAHs)及含氧多环芳烃(oPAHs)的排放量.结果表明,大气光化学氧化后,pPAHs的排放因子下降了29.5%~82.9%,而oPAHs呈现上升趋势.这表明pPAHs主要通过民用燃烧源直接排放到大气中,可被视作一次有机气溶胶(POA),oPAHs由大气中的有机物光氧化生成,被视为二次有机气溶胶(SOA).生物质燃烧过程中pPAHs老化排放因子的平均下降率(73.2%)明显高于煤(56.2%),表明与煤相比生物质燃烧排放的pPAHs在光化学氧化中更具发生化学反应的潜力,从而生成氧化程度更高的物质.研究还表明大气光化学氧化过程会导致oPAHs/pPAHs比值有明显的增加,这说明了pPAHs与·OH反应生成oPAHs的二次反应机理.

基于光化学指示剂法研究华北平原臭氧生成敏感性及气象因素影响:以2021年为例

近年来,随着大气污染防治措施的实施,我国城市地区空气质量得到有效改善,以细颗粒物(PM_(2.5))为代表的污染物年均浓度持续下降,但是臭氧污染并没有得到很好的控制.明确臭氧生成敏感性变化规律及气象影响因子是制定有效臭氧污染控制策略的基础.本研究利用WRF-Chem模式数据计算VOCs/NO_(x)、HCHO/NO_(2)和H_(2)O_(2)/HNO_(3)(均为质量浓度的比值)三类光化学指示剂,对华北平原2021年4−9月的臭氧生成敏感性(OFS)控制区进行划分,并探讨不同天气状况下影响OFS的关键气象因子.结果表明:华北平原OFS控制区变化存在地域与季节性差异.人为活动水平越高的区域,OFS受挥发性有机物(VOCs)的影响越大,唐山市−北京市−天津市、石家庄市−邢台市、潍坊市−淄博市−济南市等地带臭氧生成主要处于VOCs控制;华北平原的VOCs控制区面积在4−7月间缩小,在7−9月间扩大,其中7月VOCs的控制区范围最小.此外,在华北平原地区,阴雨天相较晴天更利于发生OFS的日变化.晴天时,高温是OFS变化的关键因素;阴天时,高温高湿是引起臭氧敏感性转变的关键;而雨天,高湿条件发挥了更为重要的作用,但当雨量较大时,反而会抑制OFS发生转变.研究显示,华北平原的OFS与VOCs浓度密切关联,在不同天气下,气象因子通过影响VOCs浓度进而影响OFS.因而,针对不同天气状况实施差异化的前体物减排策略是有效控制臭氧污染的关键.

海南区域背景点光化学污染特征及VOCs来源解析

海南区域背景点位于海南省东北部,是热带地区大气传输通道上的重要站点.于2021年8月~12月在海南区域背景点开展光化学污染物(O_(3)、PAN)及其前体物VOCs的在线观测,分析了光化学污染变化特征及规律、VOCs的组成特征、臭氧生成潜势(OFP)及化学活性(L^(·OH)),并利用PSCF和PMF方法进行VOCs来源解析.结果表明,海南区域背景站环境空气污染物浓度水平较低.当主导风向转偏北风后,各项污染物浓度升高.O_(3)在气象条件影响下白天生成夜间积累,形成光化学污染.观测期间光化学反应前体物VOCs平均浓度(体积分数)为(7.21×10^(-9)±4.60×10^(-9)),各类VOCs浓度从大到小排序为烷烃>OVOC>芳香烃>烯烃>炔烃.污染期各项浓度显著高于清洁期.VOCs活性分析结果表明OVOC和烯烃主要参与光化学反应.污染期前体物、PAN和O_(3)的潜在来源高值区主要分布在珠三角至福建东南部发达的沿海地区.根据PMF源解析模型分析结果海南区域站受到人为源显著影响,机动车尾气(37.8%~46.2%)是海南O_(3)污染的重要贡献来源.

硫酚在有机染料催化的光化学反应中的应用

有机硫化物是重要的一类有机化合物,它们广泛存在于天然产物、农用化学品和医药化合物中。近年来,由于有机光催化合成技术的快速发展,有机染料作为光催化剂具有廉价易得、环境友好、反应类型丰富且催化效率高等诸多优点,它们催化促进的可见光诱导反应研究越来越受到人们重视。归纳和总结了近几年来以有机染料作为光催化剂、可见光诱导的硫酚参与有机反应的相关文献。

湘潭市城区夏季VOCs光化学损耗特征及来源解析

挥发性有机物(VOCs)化学活性差异较大,如仅通过观测浓度开展VOCs来源解析将降低活性较强物种的贡献,不利于以缓解臭氧(O_(3))污染为目的的VOCs减排。为有效降低光化学损耗对于VOCs来源解析的影响,文章通过光化学老化方法估算湘潭市城区夏季VOCs的初始浓度,矫正光化学损耗的影响,进而利用正交矩阵因子分解模型(PMF)开展VOCs来源解析研究。研究结果表明,观测期间湘潭市城区夏季VOCs平均观测浓度为(23.90±5.79)×10^(-9)(体积浓度,下同),初始浓度为(31.28±15.17)×10^(-9)。其中烯烃变化最大,是观测浓度的4.33倍,其次是芳香烃(1.87倍)。白天光化学平均总消耗量为14.66×10^(-9),以烯烃光化学消耗量为主,占总消耗量的70.7%。初始浓度、O_(3)和气温的日变化趋势基本一致,15时达到最大值,光化学损耗量也处于最大小时值(22.69×10^(-9))。O_(3)污染日烯烃和芳香烃光化学损失大于非污染日,烯烃和芳香烃的光化学损失是臭氧生成的重要来源。湘潭市城区夏季VOCs初始浓度PMF源解析结果显示工业源的贡献占比最高,观测浓度结果显示二次转化是最高的贡献源类。

我国水体中大环内酯类抗生素的分布特征及环境光化学行为

大环内酯类抗生素(MLs)作为一类新型有机污染物,广泛存在于水环境中,表现为“假持久性”,并且能够导致环境菌群抗药性产生.本文总结大量文献,分析了我国环境水体中MLs的存在状况与浓度水平,并对该类抗生素浓度水平的时空分布差异进行了讨论,同时总结了水环境中MLs光化学行为的最新研究进展,介绍了其光解动力学以及水环境因子对光解的影响,阐述了光降解路径与机理,最后对该类抗生素的环境存在特征及光化学转化研究进行了展望.

双碳之光——利用光化学制氢实现“双碳”目标的希望之光

在能源需求不断增加和实现“双碳”目标的双重压力下,发展清洁能源迫在眉睫。氢能以其独特的优势脱颖而出,未来有望以氢循环助力碳循环实现“双碳”目标。本文聚焦于氢循环中的制氢环节,详细介绍光伏电催化和光催化两种分解水制氢方法,并针对不同群体设计了科普方案,使其了解光化学制取绿氢的优势,普及发展氢能的意义。

口罩污染物苯甲醛的光化学氧化反应的直接质谱监测

苯甲醛化学性质活泼,是口罩原料及制造过程中容易产生的有机污染物。本文采用直接质谱技术监测口罩中苯甲醛在光照与臭氧条件下发生的光化学氧化反应中间体及产物,并用全二维气相色谱-质谱进行验证,探究苯甲醛的光化学反应和氧化反应机制。结果表明,经日光照射、紫外光照射或臭氧处理之后,口罩污染物苯甲醛可以生成二苯甲酮、4-戊烯酸、苯甲酸甲酯和苯甲酸等产物和中间体。口罩中苯甲醛的光化学氧化过程的质谱监测,有望为不同环境条件下口罩污染物的研究与控制提供新途径。

光化学氧化对深圳市含黑碳气溶胶混合态和光吸收的影响

于2021年2月在深圳开展了含黑碳气溶胶混合态和光学性质的测量,结合奇氧数(Ox)的同步分析,以探究光化学氧化对城市大气中含黑碳气溶胶包裹物、形貌与光吸收能力的影响.结果表明:观测期间黑碳颗粒群平均相对包裹物量(包裹物与黑碳核质量比,MR)平均值为4.3±0.7,有效密度平均值为(1.35±0.10)g/cm^(3),整体颗粒群形貌为球形的观测时段占比为70%,表明深圳城市点含黑碳气溶胶主要为中等不规则形貌的内部混合态颗粒.光化学氧化在含黑碳气溶胶混合态演变过程中起到重要作用.随着Ox的增加,颗粒群平均MR增幅约为38%,平均有效密度从1.32g/cm^(3)增至1.44g/cm^(3),动力学形状因子从1.05递减至1.00,表明光化学氧化过程促使非黑碳组分累积并使颗粒趋向于形成更致密的核壳球形.此外,Ox增加过程中,吸光增强(Eabs)增幅约为20%,增长速率为0.002/10-9,表明光化学氧化对城市点含黑碳气溶胶光吸收起到关键的驱动作用.

美国大气光化学监测点位布设的经验和启示

我国大气光化学污染问题仍然形势严峻,逐渐成为影响我国环境空气质量的重要因素之一。光化学监测点位的科学布设,有助于准确反映我国光化学污染状况,为研究光化学污染的形成机制、污染成因及控制策略提供技术支持。在总结美国光化学监测点位布设技术方法步骤和要求、点位布设发展历程基础上,结合我国光化学监测点位布设现状,探讨了我国光化学监测点位布设存在的问题,并提出了若干关于我国光化学监测点位布设的建议。

深圳市夏季大气挥发性有机物的光化学反应特征及来源解析

选取深圳市城市点位在2022年6~8月(夏季)光化学反应活跃季节开展VOCs连续在线观测,利用光化学龄的参数化方法对VOCs测量浓度进行光化学损失校正以获得VOCs初始浓度,并分析VOCs的光化学反应特征,使用特征物种比值分析法和正交矩阵因子模型(PMF)进行VOCs来源解析.研究表明,各类VOCs光化学消耗的浓度在总VOCs(TVOCs)消耗浓度占比为:烯烃(53.5%)、OVOCs(30.8%)、烷烃(10.9%)、芳香烃(4.7%)、乙炔(0.2%).烷烃的初始浓度与测量浓度均在TVOCs中占主导地位,但其光化学损失OFP仅有1.2×10^(-9)远低于烯烃(47.8×10^(-9))、OVOCs(15.8×10^(-9))和芳香烃(4.7×10^(-9)),所以烯烃是臭氧污染防治的关键物种.本研究基于初始值与测量值进行PMF源解析得到6个主要排放源的浓度贡献为(初始-PMF,测量-PMF):工业过程(0.91×10^(-9),0.87×10^(-9))、溶剂使用(2.75×10^(-9),1.84×10^(-9))、汽车尾气(3.49×10^(-9),2.01×10^(-9))、汽油挥发(3.20×10^(-9),2.62×10^(-9))、天然源(0.74×10^(-9),0.56×10^(-9))、燃烧源(2.35×10^(-9),1.16×10^(-9)).结果显示PMF源解析结果受光化学反应影响显著,在进行源解析时应考虑到利用VOCs的初始值而非测量值,否则会对烯烃占主导的汽车尾气与天然源造成显著的低估.

《影像科学与光化学》征稿简则

《影像科学与光化学》由中国科学院理化技术研究所与中国感光学会联合主办。双月刊,ISSN 1674-0475,CN 11-5604/O6,邮发2-383,国内外公开发行。我刊是《中文核心期刊要目总览》(2020版)入编期刊、中国科技核心期刊,被国内外多家检索机构和数据库收录。

《影像科学与光化学》征稿简则

《影像科学与光化学》由中国科学院理化技术研究所与中国感光学会联合主办。双月刊,ISSN 1674-0475,CN 11-5604/O6,邮发2-383,国内外公开发行。我刊是《中文核心期刊要目总览》(2020版)入编期刊、中国科技核心期刊,被国内外多家检索机构和数据库收录。

自由电子激光在光化学研究领域中的应用

自由电子激光(FEL)光源对化学、生物、材料等领域中微观电子结构的研究有着不可替代的优势。FEL光源可以在10 fs的时间尺度内发出超短脉冲,因此其最重要的应用之一就是研究微观结构内部的超快动力学(飞秒泵浦-探测)。快速发展的自由电子激光实验技术在不同研究领域均获得广泛的应用。文章主要介绍近年来自由电子激光在光化学领域中的应用。未来在上海建成的硬X射线自由电子激光项目,可支撑物理、化学、材料、环境和生物科学等多学科及交叉科研领域,做出重大的科研成果。

含硒氮杂中环的光化学合成、分析及表征综合实验设计

化学综合实验在大学化学教学中处于基础核心地位。作者结合团队最新研究成果,设计了一个可见光诱导合成含硒七元氮杂中环的综合实验。通过底物设计制备→可见光催化合成→结构表征分析等环节,对学生连续多步合成操作、过程分析和结构解析等技能进行系统训练,培养学生学习的系统性、全面性。在此基础上,学生可以充分了解光化学反应的前沿和优势,培养学生绿色化学意识。

HPLC-柱后光化学衍生法测定玉米中黄曲霉毒素B1的不确定度评定

本文采用HPLC-柱后光化学衍生法测定玉米中黄曲霉毒素B1含量,通过系统分析整个测定过程的影响因素,评估不确定度来源,评定各个不确定度分量,发现标准物质浓度、标准溶液配制与测量重复性引入的不确定度对测量结果的影响较大。当玉米样品中黄曲霉毒素B1含量为7.86μg·kg^(-1)时,扩展不确定度为0.68μg·kg^(-1)(k=2)。