华北平原南部城市疫情管控期间细颗粒物组分特征及有机气溶胶来源解析

为探究漯河市在新冠疫情期间不同管控阶段细颗粒物组分和有机气溶胶的变化,收集了2022年3月1日~5月31日该市颗粒物化学组分在线监测数据,并且运用正定矩阵因子分解模型(PMF)对有机气溶胶进行来源解析.研究结果表明:观测期间PM_(2.5)和PM_(10)平均质量浓度分别为45和95μg/m^(3).管控中期因管制措施的实施颗粒物浓度有所下降,降幅分别为29%､28%;PM_(2.5)中各组分质量浓度在管控前､中､后3个时段均呈现先下降再上升的趋势,且在3个时段里有机物贡献均为最高,其次为硝酸盐.利用PMF对漯河观测期间的有机气溶胶质谱数据进行解析,共识别出4类有机气溶胶,分别为:氧化程度较高的有机气溶胶(MO-OOA)､氧化程度较低的有机气溶胶(LO-OOA)､类烃类有机气溶胶(HOA)､烹饪类有机气溶胶(COA),管控期间各有机气溶胶占比均有变化,且在整个观测时段和管控期间二次有机气溶胶贡献均高于一次有机气溶胶.污染物传输方面,3个阶段的传输中主要集中在西部扇区,由于管控措施的实施管控中期传输影响降低.

在线测量技术在大气有机气溶胶研究中的应用与展望

有机气溶胶作为大气颗粒物的主要组成部分,对气候、空气质量和人体健康造成重要影响。鉴于有机气溶胶在大气中复杂的化学结构及其动态变化,对有机气溶胶进行高时间、高化学分辨率的测量是研究有机气溶胶来源及生成机制的关键。本文综述了多种近期发展的有机气溶胶在线测量仪器的结构、工作原理及应用,介绍的仪器包括在线气溶胶质谱仪、热脱附气溶胶气相色谱仪、气溶胶化学分析入口–质子转移反应飞行时间质谱仪、基于气体和气溶胶的过滤器进样口的化学电离质谱仪和萃取电喷雾电离飞行时间质谱仪等。重点总结了近年来这些技术在大气有机气溶胶外场观测中的应用,以及在有机气溶胶组分表征和来源解析等方面的进展。探讨了目前有机气溶胶在线测量中亟待解决的难点,并对测量技术未来的发展趋势进行了展望。

低碳节能背景下有机气凝胶的发展及应用

随着低碳节能可持续发展主题的提出,能源和环境问题逐渐在科研和工业领域中成为被关注的焦点。在实现节能减排和解决环保问题过程中,具备可再生性和环境友好性的材料显得尤为重要。气凝胶作为一种具有三维连续网络结构、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,以及多样的制备方法和种类的纳米材料,成为备受瞩目的新型材料之一。其中,有机气凝胶由于轻质、高比表面和易合成等独特性能,在保温隔热、阻燃、吸附和储能电容等领域中具有广泛的应用前景。从有机气凝胶的主要分类(多糖气凝胶、合成气凝胶等)出发,论述了近年来报道的几种典型有机气凝胶的研究热点、常见制备方法、基础材料性能、功能化改性及其应用研究现状。总结了气凝胶制备过程中,湿凝胶的制备方法和不同的干燥工艺的特性。同时,简要介绍了当前有机气凝胶不同的功能化改性方法,并探讨了在制备过程中可能存在的问题。归纳总结了不同改性制备工艺,所得的有机气凝胶在实际应用中适用的场景和应用方向。展望了有机气凝胶的未来发展方向,强调了进一步提高材料性能、优化制备工艺及拓展应用领域的重要性。希望通过对有机气凝胶研究的深入,推动其在可持续发展领域中更广泛地应用,为环境友好型材料的发展做出更大的贡献。

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。

2种电离方法综合表征有机气溶胶的分子组成

为了全面表征有机气溶胶(OA)分子组成,将电喷雾电离(ESI)源和激光解析电离(LDI)源结合傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)得到OA质谱数据,并将不同电离技术得到的质谱数据进行对比。结果表明:ESI源和LDI源对不同的OA分子具有显著的电离选择性,ESI源更易电离高度不饱和化合物及不饱和脂肪族化合物,并在大分子质量的化合物分析中有电离优势;LDI源更易电离多酚类和多环芳烃类化合物,且电离化合物的分子质量较小。

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。

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。

珠江三角洲秋季生物质燃烧对有机气溶胶的贡献

本研究基于2018年和2019年秋季在珠江三角洲地区的两次外场观测,应用热脱附-化学电离飞行时间质谱(FIGAERO-ToF-CIMS)获取了高时间分辨率(每小时)的生物质燃烧示踪物左旋葡聚糖的浓度数据,并估算出生物质燃烧对有机气溶胶(OA)的贡献值.结果表明,秋季珠江三角洲地区城市站点和区域站点的左旋葡聚糖平均浓度分别为(0.07±0.08)和(0.14±0.12)μg/m^(3),呈现区域站点高于城市站点的空间分布特征以及早晨和夜间出现峰值的日变化特征.观察到两个站点的左旋葡聚糖与CO和乙腈之间相关性较低,但与OA之间呈现显著正相关关系.进一步基于受体示踪物法估算出生物质燃烧对OA的平均贡献分别为7.4%(城市站点)和11.4%(区域站点),且两个站点均显示出生物质燃烧对OA的贡献在夜间明显高于白天.

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。

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.

有机气溶胶的来源与形成研究现状

介绍了有机气溶胶来源与形成的研究现状,从有机气溶胶的化学组成特征、一次有机气溶胶的来源和二次有机气溶胶的形成机制论述其研究进展.一次有机气溶胶主要来源于烹调油烟、机动车排放、生物质燃烧、工业或民用燃油锅炉释放出的有机物,还有道路扬尘、沥青、刹车尘、轮胎屑、室外香烟烟雾、以及高等植物蜡、细菌活动和草本植物等.大气中的半挥发性有机物可通过物理和化学吸附形成二次有机气溶胶,一些挥发性有机物可通过气相化学反应转化为低挥发性的物质并形成二次有机气溶胶,其主要前体物是芳香族化合物,如苯、甲苯、二甲苯,以及烯烃、烷烃、环烷烃、萜烯和生物排放的非饱和氧化物.

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。

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.

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。

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.

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。

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。

有机气凝胶的超声法制备

在间苯二酚类有机气凝胶的制备工艺中引入超声波技术，缩短了有机气凝胶制备周期。实验发现：反应物质量分数为10％的溶液在超声作用下的凝胶时间减少8％～17％，超声波能有效抑制凝胶过程中的氧化作用。在反应初始阶段，通过激光粒度仪测量稀溶液反应，发现超声波作用下的凝胶核生长速度是普通加热的凝胶核生长速度的87倍左右。微量水分测定仪的数据表明，低强度超声波可以上万倍地加快凝胶样品的溶剂交换速率。