西安市霾污染过程VOCs来源分析及二次有机气溶胶贡献

基于西安市霾污染时段(2022年12月29日-2023年1月13日)在线连续观测数据,分析了两个污染过程(污染过程Ⅰ:2022年12月29日-2023年1月6日;污染过程Ⅱ:2023年1月7日-1月13日)VOCs特征及日变化;利用特征比值法和正交矩阵因子分解法(PMF)解析了霾污染期间VOCs来源;通过气溶胶生成系数法(FAC)估算了二次有机气溶胶(SOA)生成潜势。结果表明:污染过程Ⅰ和Ⅱ的体积分数分别为(113.10±29.46)×10^(-9)、(95.23±21.40)×10^(-9),含氧有机物和烷烃二者占比70%以上。与清洁天相比,芳香烃的增幅最大,含氧有机物增长值最大,炔烃类减少,说明气团老化严重,积累效应明显。过程Ⅱ烷烃下降,反映了启动重污染天气预警减排效果明显。日变化呈夜高昼低,9时左右有个小高峰特征;特征比值法分析得出VOCs中的苯和甲苯来源于溶剂使用源,PMF模型源解析结果显示VOCs主要来机动车排放源(20.54%)、外部传输源(19.02%)、餐饮源(13.99%)、工业溶剂源(10.72%)、工业过程源(35.72%);通过估算SOA生成潜势,得出芳香烃中的苯系物(BTEX)和萘为SOA污染的主要物质。

大气二次气溶胶形成过程的实验室研究进展

大气污染中的二次气溶胶是我国灰霾污染中的主要的成分,其形成机制是大气环境领域的研究热点。文中阐述了大气污染中二次气溶胶的基本概念、来源和分类,通过其来源不同分为二次有机气溶胶和二次无机气溶胶。此外,明确了二次气溶胶在大气环境中非均相反应的形成机制研究的重要性,阐明实验室研究中气象要素的改变对二次气溶胶生成过程的影响,并对大气环境治理提供对策建议。

基于二次有机气溶胶和臭氧生成潜势的河北挥发性有机物优控物种研究

为研究河北大气中挥发性有机物(VOCs)对臭氧(O_(3))及二次有机气溶胶(SOA)生成的影响,利用2021年4—10月河北11个地市VOCs的监测数据,对河北VOCs污染特征及其关键活性组分进行分析研究。结果表明,观测期间河北VOCs平均体积分数为36.16×10^(-9),低碳的醛酮类和低碳的烷烃是河北VOCs的主要构成物种。VOCs高值区主要集中在河北中南部沧州、衡水、邯郸、石家庄等地,北部城市秦皇岛、张家口VOCs浓度较低。监测期间,河北O_(3)生成潜势(OFP)为259.67μg/m^(3),SOA生成潜势为0.61μg/m^(3),其中衡水OFP最高,达302.96μg/m^(3),石家庄SOA生成潜势最高,达0.92μg/m^(3)。甲苯、间/对二甲苯和邻二甲苯对OFP及SOA生成潜势的贡献均较大,是O_(3)和大气颗粒物协同控制的优控VOCs物种。

基于臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的四川盆地典型城市夏季挥发性有机物优控物种研究

为评估四川盆地中小城市挥发性有机物(VOCs)对臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)的贡献,筛选优控物种,选取了该区域典型代表城市(遂宁)为研究对象,分析了该市夏季不同功能区大气中106种VOCs的离线数据。结果表明:(1)遂宁夏季VOCs体积分数均值为39.4×10^(-9),含氧挥发性有机物(OVOCs)和烷烃是主要组分,累计贡献73.4%。VOCs空间变化趋势为工业区>城郊区>文教区。(2)遂宁OFP均值为166.7μg/m^(3),烯烃对OFP贡献率(33.1%)最大。(3)遂宁SOAFP均值为2.8μg/m^(3),芳香烃贡献率(84.9%)最大。(4)遂宁臭氧(O_(3))和细颗粒物(PM 2.5)协同控制的双控物种是甲苯、间/对-二甲苯、1,2,4-三甲苯和环戊烷。工业排放和机动车尾气可能是双控物种主要来源,加强两者治理和控制,能有效实现O_(3)和PM 2.5协同控制。

复合体系有机气体氧化生成二次有机气溶胶研究进展

生物源与人为源有机气体氧化形成的二次有机气溶胶(SOA)对气候变化和人类健康具有重要影响。SOA的产生与其前体物研究已取得了一些进展,但由于有机气体之间存在复合相互作用以及SOA形成机制复杂,目前对不同有机气体混合体系中SOA的形成认知还比较匮乏。因此,深入了解有机气体多源、复杂的相互作用,摸清有机气体的大气氧化机制、SOA的形成及影响等对深入理解真实大气有机气体化学演变具有指导意义。本文旨在了解复合体系有机气体氧化生成SOA的相关研究进展。一方面总结了复合体系有机气体产生SOA质量浓度、产率、成分、挥发性、光学性质等的变化,侧重于实验室复合体系有机气体氧化对SOA形成的多重影响以及SOA组成元素、分子构成的变化特征,并总结了目前实验室基于模型对复合体系SOA生成的模拟研究和拟合情况;另一方面探究了环境因素,如相对湿度(RH)、温度(T)以及无机气体,如氮氧化物(NO x)、二氧化硫(SO 2)、氨气(NH 3)等对复合体系有机气体形成SOA的影响。

杭州市大气VOCs组成特征及二次污染生成贡献

利用2021年1~12月杭州市城区大气VOCs的观测数据,分析了VOCs化学组成及其污染特征,运用正交矩阵因子分解法(PMF)进行VOCs来源解析,并利用最大增量反应活性(MIR)和气溶胶生成系数(FAC)估算VOCs的臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(AFP),量化评估其二次污染生成贡献.结果显示,观测期间杭州市大气VOCs体积分数均值为30.65×10^(-9),烷烃和卤代烃是其主要组分,分别占49.23%和24.47%,浓度排名前10的VOCs物种主要为C_(2)~C_(4)的烷烃、C_(7)~C_(8)的芳香烃和乙烯.源解析结果显示杭州市VOCs主要来源为燃烧源、溶剂使用源、工业排放源、油气挥发源和机动车尾气排放源.杭州市大气VOCs的总OFP为50.56×10^(-9),其中乙烯、1-乙基-3-甲基苯和甲苯是其主要贡献组分.芳香烃对AFP的贡献达到91.52%,是最重要的SOA前体物.因此,控制机动车尾气排放和溶剂使用过程中产生的VOCs对防控O_(3)污染以及SOA污染具有重要意义.

大气氨气污染特征分析及其对PM_(2.5)二次无机组分的影响

为研究大气中氨气的污染特征及其对细颗粒物(PM_(2.5))二次无机组分的影响,于2021—2022年在江苏省南京、无锡、镇江、常州、徐州5个城市同期开展氨气及气溶胶组分的在线监测,并采用热动力学稳态模型(ISORROPIA)评估氨气的减排成效。结果表明,5个城市氨气年均质量浓度为10.1μg/m^(3),5个城市年均质量浓度为7.7~15.2μg/m^(3),其中徐州最高,南京最低。总氨于夏季(6月)达到浓度峰值,受温度及硝酸铵的热不稳定性影响,氨气在12:00左右出现浓度峰,而铵盐则呈现出昼低、夜高的日变化特征。5个城市均处于富氨水平,全年气溶胶呈中性,氨气中和额外酸性气体的潜力较为突出。冬季江苏省各市只有通过大幅度的氨减排(>60%)才能使PM_(2.5)浓度显著下降,而对二氧化硫(SO_(2))、氮氧化物(NO_(X))进行减排才能更加高效地减轻PM_(2.5)污染。

二次有机气溶胶估算方法研究进展

我国区域复合污染日趋严重,二次有机气溶胶(SOA)是细颗粒物PM2.5的重要组成之一.本研究总结了当前国内外定量估算SOA的主要方法,包括EC示踪法、WSOC法、受体模型法、示踪物产率法、数值模拟法等.通过对各种方法的原理介绍与比较,指出1)EC示踪法、WSOC法、受体模型法简单易行,与在线连续观测数据结合可估算高时间分辨率的SOA浓度,但受限于对当地源谱和特定物种的了解;2)示踪物产率法虽分析技术难度高,但可针对不同来源的SOA估算;3)数值模拟可获得大尺度SOA的空间分布.针对国内外的最新研究成果进行简单概述,不同方法的研究表明中国二次有机气溶胶是总有机气溶胶的重要部分,人为源VOCs对二次有机气溶胶发挥着重要贡献.本文旨在为未来我国二次有机气溶胶的研究提供基础信息和研究思路.

硫酸钙及硫酸铵气溶胶对二次有机气溶胶生成的影响

二次有机气溶胶(SOA)是大气光化学反应的产物,也是城市和郊区大气中细粒子的主要成分.本研究致力于考察高浓度无机气溶胶颗粒对SOA生成的影响.实验系统采用2m3的温控烟雾箱,以干燥的CaSO4和(NH4)2SO4为无机种子气溶胶,研究了间二甲苯/NOx/空气体系光氧化生成SOA的过程.实验结果显示间二甲苯和NOx在紫外光照下会产生大量SOA,SOA产率可用单产物模型表征.CaSO4气溶胶的存在对SOA产率曲线没有明显的影响,而(NH4)2SO4气溶胶的存在使气相半挥发性氧化产物的生成量增加36%,显著地增加了SOA的产率.(NH4)2SO4粒子在含水有机物作用下显现的弱酸性可能是导致这一影响的主要原因.该实验结果有助于更详尽地阐明中国颗粒物污染严重城市SOA的生成机理,从而为进一步修正空气质量模型提供依据.

天然源二次有机气溶胶的研究进展

二次有机气溶胶由于其对环境、气候和人体健康的影响,正日益受到人们的关注。我国地域辽阔,森林占国土面积的12%,几乎具有北半球的全部植被类型,对天然源二次有机气溶胶的研究不容忽视。综合当前的研究成果,着重阐述了两种代表性生物挥发性有机化合物,异戊二烯和α-蒎烯与大气中主要的氧化剂,如O3、OH和NO3等物种的反应,以及其二次气溶胶形成的过程。最后,对目前的研究手段和未来的研究方向进行了探讨。

天津市机动车二次有机气溶胶生成潜势的估算

通过隧道实验得到天津市机动车排放的挥发性有机物(VOCs)的物种信息及各物种的浓度数据,检测得到88种VOCs,其中23种VOCs具有二次有机气溶胶(SOA)生成潜势.基于天津市机动车尾气挥发性有机污染物的监测数据,利用气溶胶生成系数(FAC)对天津市机动车排放VOCs的二次有机气溶胶生成潜势进行了估算.结果表明,邻-二甲苯、甲苯、苯、间-二甲苯、对-二甲苯、对-二乙苯是对SOA生成贡献最大的6个物种,各自SOA生成量分别为973.97,721.05,687.31,592.09,571.31,538.59t/a,分别占SOA生成潜势的13.87%、10.27%、9.79%、8.43%、8.13%、7.67%;芳香烃是对SOA生成贡献最大的前体物,其SOA生成量占SOA生成潜势的88.95%.因此,减少机动车芳香烃类物质的排放,可有效地减少SOA的生成量.

乙苯光氧化产生二次有机气溶胶的化学成分及反应机理分析

在自制的烟雾腔内,研究羟基自由基(OH·)启动的乙苯的光氧化反应和一系列后续反应,产生了二次有机气溶胶.采用空气动力学直径粒谱分析仪分析了气溶胶粒子的尺寸分布;并用自制的气溶胶飞行时间质谱仪快速、实时地测量了单个二次有机气溶胶粒子的分子组分.初步探讨了这些组分的可能反应机理.

羟基自由基浓度对二次有机气溶胶形成的影响

在烟雾腔中光照甲苯/亚硝酸甲酯(CH3ONO)/NO混合物,模拟了羟基自由基(OH?)启动甲苯光氧化反应生成二次有机气溶胶的过程.结果表明,二次有机气溶胶的生成数量随着CH3ONO的浓度增加而增加;在CH3ONO浓度为225.4μL/L时,二次有机气溶胶的生成数量达到最大;此后,增加CH3ONO的浓度反而会降低二次有机气溶胶的粒子密度.因此,对于二次有机气溶胶的形成过程来说,存在一个羟基自由基浓度的最佳值.

二次有机气溶胶形成的化学过程

挥发性有机化合物的光氧化过程和光氧化产物的气态粒子态均分过程是二次有机气溶胶形成的重要原因。二次有机气溶胶形成的化学机理主要涉及到挥发性有机化合物的光氧化过程及其一系列的后续反应,它们导致了对流层中臭氧浓度的增加和二次有机气溶胶的形成。本文将重点介绍二次有机气溶胶形成的重要化学过程和量子化学计算研究。

石化企业挥发性有机物与环境空气中臭氧、二次有机气溶胶关系分析

近年来,挥发性有机物(VOCs)对于我国环境空气质量的影响成为人们关注的热点问题之一,但针对石化企业VOCs排放组分及不同组分对周边环境空气如何产生影响的研究却少有报道。本文以我国某典型石化企业为研究对象,在其正常工况运行条件下,在其厂界周围选取5个监测点位,开展了7天的VOCs采样与监测工作。通过对采集VOCs样品的定性定量分析表明,本次研究中检测出的VOCs的浓度范围为11.5~148.8μg/m^3,VOCs组分种类主要为烷烃、烯烃和芳香烃,其中烷烃占60%以上,是该石化企业排放VOCs的主要组分。进一步通过对VOCs各组分的臭氧(O_3)及二次有机气溶胶(SOA)的生成潜势进行估算,结果表明:烯烃是该石化企业排放的VOCs组分中对O_3贡献的关键前体物质,贡献率为50%~70%左右;芳香烃是SOA的主要前体物质,贡献率达80%以上,VOCs全部组分对SOA的贡献量为2.5046μg/m^3。本研究对石化企业VOCs的防控具有一定借鉴意义。

夏季油松及侧柏单萜烯变化规律及二次有机气溶胶生成潜势的估算

利用动态顶空采集法、热脱附—气相色谱质谱联用仪以及外标法,以油松、侧柏挥发的单萜烯为基础,分析其日变化规律及与环境因素的相关性,同时利用气溶胶生成系数估算单萜烯二次有机气溶胶。结果表明:α-蒎烯、柠檬烯是油松挥发最多的2种萜烯物质,其平均含量为15.61%,11.77%;侧柏挥发最多的也是这2种,其平均含量为17.49%,15.34%。油松、侧柏均挥发的α-蒎烯、β-月桂烯、柠檬烯呈先升高后降低的单峰变化,且均在13:00—14:00出现最高峰。β-蒎烯呈先降低后升高的变化,松油烯变化较为平稳,维持在1.20%左右。单萜烯的挥发受环境因素的影响,高温、低相对湿度在一定程度上促进了单萜烯的释放,而温度是主要影响因素,单萜烯的释放与光合有效辐射无关。单萜烯对二次有机气溶胶有一定的生成潜势,生成的SOA浓度与释放的VOCs浓度呈正相关,且各时间段内油松、侧柏单萜烯SOA浓度均显著高于林外大气单萜烯SOA浓度。

大气中二次有机气溶胶估算方法研究进展

大气中二次有机气溶胶产生于光化学反应或挥发性及半挥发性有机物的气-粒转化,目前没有直接测定二次有机气溶胶的方法,一般采用间接方法估算二次有机气溶胶的贡献。通过分析对比各种二次有机气溶胶估算方法的优缺点及应用条件,认为EC示踪法操作简单,参数容易获得,但参数的不确定性高;化学迁移模型法能详细反映二次有机气溶胶形成情况,但所需参数不易获得;有机物受体模型示踪法,不需要模拟复杂的情况,但难于保证成分谱的准确性及可靠性。因此,在选择估算方法时应充分考虑到各种方法的局限性及适用范围,将试验观测与环境空气质量模型联合用于二次有机气溶胶估算应成为今后重要的发展方向。

二次有机气溶胶的特征和形成机制

二次有机气溶胶(SOA)的形成是当今大气化学过程的研究热点之一.城市大气中二次有机碳占颗粒物总有机碳的17%～65%.单萜烯和芳香族化合物分别是SOA最重要的天然和人为源前体物,在大气中与·OH,NO3-和O3等氧化剂发生多途径反应形成有机酸、多官能团羰基化合物、硝基化合物等半挥发性有机物,通过吸附、吸收等过程进入颗粒相,改变了气溶胶的特性及其环境效应.有机化合物表现出较强的源特征性,可以作为示踪分子解析颗粒物来源,二元羧酸是SOA的潜在示踪物.论述了SOA研究的最新进展并指出了未来的研究方向.

VOC对基于羟化α-SiO_(2)核的二次气溶胶形成的理论研究

空气中的细颗粒物(PM_(2.5))是一种主要的空气污染物,在低层大气中携带多种有毒污染物,对区域空气质量、人类健康、气候和各种人类活动构成严重威胁。矿尘作为大气中广泛存在的颗粒物,它是西北干旱或半干旱地区的PM_(2.5)的主要成分,其中矿尘主要由SiO_(2)组成。因此,VOC基于羟化SiO_(2)核的二次气溶胶SOA的形成机理具有重要意义。本文在之前的SOA形成的量化研究工作基础上构建了VOCs-羟化SiO_(2)界面模型,使用分子动力学方法对VOC在界面的吸附行为展开了一系列的研究.最终获得了VOC与羟化SiO_(2)表面间的有效作用参数Tg和VOC扩散系数D与FAC之间的量化关系。

用于大气化学反应和二次有机气溶胶研究的实验室烟雾箱系统的搭建、测试与初步实验

为了从本质上认识和了解大气氧化反应进程以及二次有机气溶胶的形成机制，设计并搭建了一套实验室模拟烟雾箱系统．将质子转移反应质谱、同步辐射光电离质谱及气溶胶激光飞行时间质谱等特色质谱检测系统与烟雾箱结合，用于大气氧化反应气相和粒子相产物的定量与定性分析．通过一系列表征实验获得了该系统的基本参数，如烟雾箱内温度和光强特征，气体化合物和颗粒物的壁损耗速率，零空气的背景反应性及实验结果的可重复性．臭氧氧化α-蒎烯定量化实验和OH启动异戊二烯光氧化反应的定性检测结果进一步表明了该系统能够满足大气化学反应过程中气相和粒子相化学成分的定性分析及二次有机气溶胶的定量化研究的需要.