北京大气颗粒物污染本地源与外来源的区分--元素比值Mg/Al示踪法估算矿物气溶胶外来源的贡献

提出了一种新的元素示踪法, 用于估算和区分北京大气颗粒物污染的主要组成矿物气溶胶的外来源和本地源. 通过采集、分析具有代表性的、可覆盖北京所有地区的气溶胶、地面扬尘以及外来源代表地区内蒙多伦等地的表层土, 发现气溶胶中元素比值Mg/Al是区分北京地区矿物气溶胶本地源与外来源有效的元素示踪体系. 矿物气溶胶即沙尘、硫酸盐和硝酸盐为主的无机污染气溶胶, 和有机污染气溶胶同是北京大气颗粒物的重要组成部分, 其中矿物气溶胶占总颗粒物(TSP)的32%～67%, 占细粒子(PM2.5)的10%～70%, 在沙尘暴期间分别高达74%和90%. 根据元素示踪法, 首次估算出北京地区矿物气溶胶中本地源与外来源的相对贡献量. 春季外来源占TSP的62% (38%～86%), 占PM10的69% (52%～90%), 占PM2.5的76% (59%～93%); 冬季外来源占TSP的69% (52%～83%), 占PM10的79% (52%～93%), 占PM2.5的45% (7%～79%); 而在夏季和秋季, 外来源仅占～20%. 外来源在冬春季对北京矿物气溶胶的贡献要高于夏季, 这显然与冬春季气候差异有关. 沙尘暴期间外来源贡献最高达97%, 成为北京大气颗粒物的主要来源.     

河南麦区收割对大气颗粒物及其组分特征排放的影响

农业收割期间排放的颗粒物是农忙期影响大气气溶胶组成的主要来源,因此明确农业收割期间排放的大气颗粒物排放特征具有重要意义。本实验立足河南省新乡市集约化农田实验基地,开展冬小麦区农业收割期间的大气颗粒物及其组分排放特征实验。结果表明收割期间的PMcoarse比其它时期高8.20%,农业站点收割时期的PMcoarse比其它时期高了72.22%,明确了其颗粒物污染特征为仅PM₁₀升高,而非PM₁₀和PM_2.5同时升高,同时PM₁₀的升高非PM_2.5升高引起的;含量最高的前5种元素是Al、Ca、Fe、K、Mg;收割期间,Fe的特征比值最高为0.79;Ca₂₊^和K₊^{离子百分含量在}PMcoarse中占比最高;特征值为0.81和0.78。综合水溶性离子和元素结果,Ca₂₊^、K₊^、Fe浓度协同变化可作为小麦收割过程颗粒物对大气污染影响的指纹识别,以区别于其他污染类型;便于大气污染防治行政主管部门有针对性的查污、防污、治污,提高人民群众生活环境的空气质量。     

深圳冬、夏季大气细粒子及其二次组分的污染特征

在2004年夏季和冬季, 分别在深圳宝安中心区进行了大气颗粒物细粒子的加强观测, 共获得30套样品. 通过对样品质量浓度、化学成分分析, 结合采样期间的气象条件, 对深圳当前大气颗粒物的污染特征、季节变化规律(夏季和冬季)及二次污染特征进行了研究. 结果表明, 深圳大气颗粒物污染的季节差异较大, 在夏季加强观测期间, PM_2.5和PM₁₀的日均质量浓度分别为34.9 μg·m^-3和56.9 μg·m^-3; 冬季加强观测期间PM_2.5和PM₁₀的日均质量浓度分别为99.0 μg·m^-3和134.8 μg·m^-3, 分别比夏季增长184%和137%. PM_2.5在夏季和冬季观测期间平均分别占PM₁₀的61%和73%, 细粒子污染严重; 夏、冬季加强观测期间OC和EC的比值平均分别为3.4和1.6, 估算的SOC占OC的比例平均分别为56%和6%, 夏季SOC对OC的贡献显著; 在夏季持续高温期间, 二次颗粒物的浓度及其在PM_2.5中的比重都急剧升高, 本地二次污染严重; 当夏季主导风向来自西南或东南海面时, 大气环境质量较好, 冬季主导风向来自北方内陆时, 大气环境质量较差.     

交通路口大气气溶胶的污染状况以及多环芳烃的污染特征研究

研究了城市交通路口大气气溶胶污染状况及气溶胶中多环芳烃(PAHs)的污染特征.在福州市主要交通路口之一的五四路和二环路的交叉路口采集大气中PM2.5、PM5、PM10、PM2.5~5.0、PM5~10、PM10~100及TSP.将优化的高效液相色谱编程荧光法用于各切割粒径气溶胶样品中的12种多环芳烃分析.研究结果表明:交通路口颗粒物中的飘尘(PM10)占总悬浮颗粒物(TSP)的70%;PM5占飘尘(PM10)的70%;而细粒子PM2.5占PM5的73%.交通源所产生的PAHs主要存在于细粒子PM2.5中,通过特征标志的多环芳烃的比值识别,交通路口大气颗粒物中的多环芳烃主要来源于机动车尾气排放.     

大气颗粒物及氧化物对CS2的催化氧化作用

利用原位FT-IR,XRD,BET,质谱和连续脉冲微反等手段研究了大气颗粒物及部分氧化物样品上CS₂催化氧化的反应,并对催化剂的晶化状况和比表面等进行了考察.结果表明,CS₂在氧化物和大气颗粒物样品上发生氧化反应,生成COS及单质S,部分样品上生成CO₂;其中以CaO的催化作用最为明显,Fe₂O₂次之,Al₂O₃的催化能力有明显减小,SiO₂最小,大气颗粒物样品对CS₂有明显的催化氧化作用,活性介于Fe₂O₃和Al₂O₃之间;收集的大气颗粒物样品成分主要是Ca(Al₂Si2₂O₈)·4H₂O,即水泥的主要成分;CS₂在氧化物或大气颗粒物样品上催化生成COS,是由于催化剂表面吸附氧的作用.报道了大气颗粒物对CS₂具有催化氧化生成COS的能力,揭示了大气中COS来源的一个重要途径,对CS₂,COS的污染控制研究具有一定的指导意义.     

二次有机气溶胶估算方法比较研究

为研究北京夏季二次有机气溶胶（SOA）浓度,比较多种SOA估算方法的不确定性和在我国的适用性,在CAREBEIJING 2008大型观测期间在城市点北大点和郊区点榆垡点采集大气颗粒物PM_2.5样品,利用多种方法对二次有机碳（SOC）的浓度进行了估算,估算方法包括二次有机示踪物产率法、非一次源OC法、非生物质燃烧水溶性有机碳法（WSOC）和元素碳示踪有机碳/元素碳比值法.估算结果表明,二次有机气溶胶已经成为北京颗粒有机物的重要组成部分,夏季SOC可以占总有机碳（OC）的50%甚至更高。通过模拟我国典型的生物质燃烧,实测建立适合我国的获得了非生物质燃烧WSOC方法中的重要参数,即获得方法中重要参数生物质燃烧排放颗粒物中WSOC/OC的比值,我国生物质燃烧颗粒物中该比值平均为0.48±0.04.多种方法结果均表明,SOA已经成为北京颗粒有机物的重要组成部分,所占比例可以达到50%甚至更高.利用化学质量守恒模型（CMB）和示踪物产率法对颗粒有机物来源进行闭合发现,依靠目前的示踪物技术北京大气颗粒有机物中仍然有20%～27%的来源不清楚.通过综合比较了多种SOC估算方法,确定了各方法在我国的适用性： 示踪物产率法、非一次源OC法和EC示踪OC/EC比值法可适用于我国大气中SOC的估算,但是非生物质燃烧WSOC方法仅适用于我国大气中水溶性SOC的估算,但是不同方法之间存在的系统误差.本研究还对这几种方法的不确定性做了初步的分析,为其他研究者选择估算方法提供参考和依据.示踪物产率法仅估算了几种特定VOCs前体物对SOC贡献,因此低估了总的SOC,但是这种方法是目前唯一一种可以估算特定VOCs前体物对SOC贡献的方法;同样地,非生物质燃烧WSOC法仅估算了水溶性的SOC,因此也低估了总的SOC;非一次源OC法高估了SOC,这主要是由于未能解析出的一次源OC造成的.而且这种高估在城市地区更为显著,主要是因为城市地区一次源相对比较复杂造成的;非生物质燃烧WSOC法低估了总的SOC,而且这种方法仅适用于我国水溶性SOC的估算;EC示踪OC/EC比值法的主要不确定性来自于一次源OC/EC比值的确定,由于这个比值造成的单点误差最高可高估54%或低估64%.     

紫外光与大气气溶胶典型氧化物对COS氧化反应性能研究

在怀特池中用原位FTIR考察了COS在紫外光辐照下的氧化反应以及大气气溶胶典型氧化物SiO₂, Al₂O₃和Fe₂O₃对反应的影响, 并使用GC-MS和XPS等技术确证了反应的气相和固相产物组成. 结果表明, 紫外光照下COS + O₂体系的光氧化反应产物为SO₂和CO₂, 其中SO₂可进一步氧化形成SO₄^2-; COS的紫外光氧化反应遵循一级反应动力学规律, 表观速率常数约为9.30×10^-4 s^-1; 大气气溶胶典型氧化物SiO₂和Al₂O₃对光氧化反应有明显促进作用, Fe₂O₃则对反应进程无明显影响, 不同氧化物存在条件下反应速率顺序为: UV + SiO₂ > UV + Al₂O₃ > UV, UV + Fe₂O₃; 氧化物对COS光氧化反应的这种促进作用, 有助于认识大气气溶胶对大气中COS光氧化反应的贡献.     

北京降水化学组成特征及其对大气颗粒物的去除作用

为了解北京降水的化学组成特征, 2003年5~11月间采集了23场北京降水样品, 进行了pH值、电导率、水溶性阴阳离子和水溶性有机酸的测定. 结果表明, 降水pH平均值为6.18, 呈中性; 电导率平均值为52.23 μS/cm, 表明大气污染显著; SO₄^2-, NO₃^-是含量最高的阴离子, 平均浓度依次为521和174 meq/L; SO₄^2-/NO₃^-物质的量浓度比的平均值为3.1, 比1994年下降了15%; NH4+和Ca2+是含量最高的阳离子, 平均浓度依次为376和397 meq/L; 甲酸、乙酸和草酸是主要的水溶性有机酸, 平均浓度依次为4.62, 4.60和1.17 meq/L, 占阴离子总浓度的2%. 连续在线颗粒物离子成分测定仪(SJAC)观测到降水前后颗粒物离子浓度有显著差别, 充分体现降水对颗粒物的去除作用.     

FTIR-ATR原位观测Mg(NO3)2气溶胶

利用FTIR-ATR(傅里叶变换红外-衰减全反射)原位光谱技术在分子水平上研究了ZnSe基底上Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒的潮解和风化过程. 根据FTIR-ATR光谱的演变可知, Mg(NO₃)₂气溶胶在潮解过程中经历了复杂的相变: 相对湿度(relative humidity, RH)接近3%时, Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒为无定型水合物; 稍微升高相对湿度, 无定型颗粒转化为Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体, 并且在其表面逐渐形成热力学稳定的Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体; 相对湿度达到Mg(NO₃)₂·6H₂O的饱和点(53% RH)时, Mg(NO₃)₂·6H₂O开始溶解, 同时, 内核Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体在其表面持续转化为Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体, 导致固态气溶胶颗粒全部潮解时的相对湿度延迟到76%. 风化过程中, Mg(NO₃)₂液滴随相对湿度的降低逐渐失水进入过饱和区域; 相对湿度降至5%以下时, 形成无定形颗粒. 在过饱和Mg(NO₃)₂液滴的FTIR-ATR光谱中, NO₃^-对称伸缩振动(v₁- NO₃^-)的吸收强度明显增加, 是溶剂共享离子对, 甚至接触离子对持续形成的结果.     

X射线荧光光谱法分析大气悬浮颗粒物中的无机元素

<正>PM是大气颗粒物的总称,英文全称为Particulate matter(颗粒物)。PM100是指总悬浮颗粒物,也称TSP,即直径不大于100μm的颗粒物。PM10又称为可吸入颗粒物,指直径大于2.5μm、不大于10μm,可以进入人的呼吸系统的颗粒物;PM2.5是指大气中直径不大于2.5μm的颗粒物,也称为可入肺颗粒物[1]。随着人们生活水平的提高,城市大气质量越来越受到人们的关注。无机重金属是受到监控的大气污染物重要指标之一。大气PM微粒中无机元素的     

脉冲电晕等离子体作用下甲烷“超平衡”转化制乙炔和氢

常温常压下将脉冲电晕等离子体作用于纯甲烷时, 其产物主要是乙炔和H₂. 当能量密度范围为194~1788 kJ/mol时, 可同时获得7%~30%的乙炔单程收率和6%~35%的H2单程收率. 该结果分别高于100 kPa, 1100 K温度下乙炔和H₂的热力学平衡收率(分别为5.1%和3.8%), 故脉冲电晕等离子体是在常温常压下实现甲烷“超平衡”转化制乙炔和氢的一种十分有效的手段. 在339~822 kJ/mol能量密度范围内, 脉冲电晕等离子体作用下纯甲烷转化产物的碳分布中, 乙炔占86%~89%, 乙烷和乙烯各仅占4%~6%, C₃约占2%, C₄约占1%. 将之与相同条件下纯乙烷、纯乙烯转化产物的碳分布比较可推知, 脉冲电晕等离子体作用下甲烷分子与荷能电子碰撞形成CH_x自由基后并行存在着三条形成乙炔的途径: 其一为直接形成乙炔; 其二为经初级产物乙烯脱氢形成乙炔; 其三为经初级产物乙烷脱氢形成次级产物乙烯再至乙炔.     

乙烷光化学反应体系中有机过氧化物的产生

采用长光路Fourier红外光谱(FT-IR)及高压液相色谱(HPLC)技术对氯原子引发的乙烷光化学反应体系中生成的有机过氧化物进行了研究,证实反应产物中有乙基过氧化氢(CH₃CH₂OOH,EHP)和过氧乙酸(CH₃C(O)OOH,PAA).此外,还发现甲基过氧化氢(CH₃OOH, MHP)、羟甲基过氧化氢(HOCH₂OOH,HMHP)及另外两种未知有机过氧化物.EHP和MHP是这一体系产生的两种主要的有机过氧化物.HMHP的检出表明乙烷光化学氧化过程中可能有Criegee中间体·CH₂OO·产生.模拟实验显示乙烷的光化学氧化可能是大气对流层有机过氧化物的重要来源.     

希土配合物的研究——Ⅷ.1, 4-双(1''-苯基-3''-甲基-5''-氧代吡唑酮基-4'')代-1, 4-丁二酮(BPMPBD)与希土元素配合物的合成及表征

在乙醇-水溶液中,当pH=5-6时,用希土硝酸盐与BPMPBD反应,合成了15种希土元素(除Sc、Pm外)的二元配合物.通过化学分析和元素分析确定了配合物的组成为REL₂·nH₂O(RE=La,n=5,RE=Y,n=4,RE=Pr、Nd、Sm、Eu、Gd,n=3),RE₂L₃·5H₂O(RE=Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)及CeL₂·4H₂O.研究了这些配合物的一些性质及红外光谱、紫外光谱、核磁共振、荧光光谱和差热分析,认为重希土配合物具有双核结构.     

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2 m³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/NO_x/空气体系光氧化生成SOA的过程. 实验结果显示间二甲苯和NO_x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.     

[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的电化学合成及表征

研究了[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺ (Al₁₃)的电化学合成方法, 并采用²⁷Al NMR法和激光光散射等方法对其形态进行表征. ²⁷Al NMR法证明在电解制备的总铝浓度(Al_T)为2.0mol/L, 碱化度(B )为2.0的部分水解铝溶液中, Al₁₃占总铝量的60%以上. 激光光散射实验结果表明, 电解法制备的Al_T=2.0 mol/L, B=2.0的部分水解铝溶液存在三种粒径分布, Al₁₃以单体和多聚体的形式存在. 在B为2.5时颗粒粒径变大, 存在两种粒径分布, 并且大部分Al₁₃以多个Al₁₃聚集的形态存在.     

355 nm光照下联苯与HNO2的交叉反应机理

利用激光闪光光解瞬态吸收光谱及气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分别对HNO₂与联苯水溶液经紫外光照射后发生的交叉反应的机理及最终产物进行了研究. 结果表明, HNO₂受355 nm紫外光激发产生的&#8226;OH能够快速加合至联苯的苯环上形成Bp-OH加合物, 其二级反应速率常数为9.5×10⁹ L·mol^-1·s^-1. 从动力学角度验证该加合物能够与H+发生反应, 亦可被HNO₂氧化为亚硝基联苯酚. 故大气水体中的HNO₂与联苯在紫外光照射下发生的交叉反应可能是环境中硝基化合物的来源之一.     

中国内陆大气颗粒物的搬运、沉积及反映的气候变化——Ⅰ.现代大气气溶胶

分析了中国内陆3个地点尘暴和非尘暴期间大气颗粒物中17种微量元素的浓度-粒度分布。表明这些地点的大气颗粒物主要由矿物气溶胶(即粉尘)组成。对黄土高原上空非尘暴大气微量元素的统计分析,导出粗粒子主要有两种来源——土壤粉尘和被污染的粉尘,细粒子的两种来源是土壤粉尘和人为污染物。在年尺度上,粉尘对黄土高原的大气干输入主要取决于非尘暴过程。利用清除系数估算的粉尘湿沉积通量只占总沉积的4％—11％。     

基于高分辨质谱在线观测的2011深圳大运会前后PM1化学组成与粒径分布

本文利用先进的高分辨飞行时间气溶胶质谱仪(HR-ToF-AMS)于2011年深圳世界大学生运动会前后(2011年8月3日~9月22日)对深圳市区大气亚微米细粒子(PM1)化学成分和粒径分布进行了在线测量.结果表明,整个观测期间PM1质量浓度平均为51.1±32.6gm3,其中有机物占颗粒物总质量的37.9%,硫酸盐为37.1%,铵盐11.9%,黑碳6.6%(由一台单颗粒黑碳光度计(SP2)单独测量),硝酸盐5.8%,氯化物0.6%.观测期间各成分(除黑碳外)的粒径分布峰值位于真空动力学粒径550nm附近,而有机物在较小粒径范围(100~200nm)仍有较多质量分布,显示出本地一次源的明显贡献.基于高分辨有机质谱计算得到的有机气溶胶的平均元素组成为:碳34.0%、氢53.2%、氧12.0%和氮0.8%(原子个数百分比),对应的OM/OC(有机物与有机碳质量比)平均值为1.66±0.16.采用正矩阵因子解析(PMF)模型对有机气溶胶高分辨质谱进行因子解析,得到三类有机气溶胶:HOA(还原态有机气溶胶),SV-OOA(半挥发氧化态有机气溶胶)和LV-OOA(低挥发氧化态有机气溶胶),分别占有机物总量的31.3%,39.8%和28.9%,说明二次有机气溶胶(以SV-OOA和LV-OOA之和代表)是有机气溶胶的主体部分.结合气团来源分析不同时段PM1化学组成和粒径分布特征表明,大运会召开期间PM1质量浓度水平比整个观测期间的平均值低60.7%,是气团来自洋面等有利气象条件和黄标车限行等污染源控制措施的综合作用结果.     

高分辨光解碎片平动能谱研究C2H5I的紫外光解

利用新研制的小型光解碎片平动能谱仪(飞行距离仅5 cm), 研究了在279.71, 281.73, 304.02和304.67 nm等四个波长下C₂H₅I的光解动力学. 在I*(²P_1/2)、I(²P_3/2)的不同光解通道, 获得了分辨出一些振动峰的平动能谱. 这些振动峰归属于光解碎片C₂H₅I的(v₂ = 0, 1, 2,…)各伞形振动激发态(v₂, 540 cm-1), 得到了这些振动激发态的布居. 并且, 获得了C₂H₅I中C—I键的解离能D₀(C—I) = 2.314 ± 0.03 eV. 还得到了C₂H₅I在上述波长下光解后的能量分配: 对于I*通道, 在281.73, 304.02 nm下, 内能占可资用能的比例分别为22.1%, 22.4%;对于I通道, 在279.71, 304.67 nm下, 分别为25.2%, 25.9%. 这些比例值更为可靠, 因将一些振动峰分辨.     

固相配位化学反应研究——ⅩⅩⅩⅡ.镍钨硫簇合物的固相合成

本文首次成功地在低热温度下固相反应合成镍钨硫杂核金属簇合物:[(n-Bu)₄N]₂[Ni(WS₄)₂]和[(n-Bu)₄N]₂[Ni(WOS₄)₂].用EXAFS、IR、UV.元素分析、TG-DTA等手段对上述化合物进行了表征.研究了温度、气氛等条件对合成反应的影响.