NOx光解测量装置的设计与测试

根据二氧化氮的光解反应原理,自主设计、装配了一套氮氧化物光解反应装置,并将其与Thermo 42系列氮氧化物分析仪的化学发光检测室联用,进行了不同条件下(分别为标气流量、臭氧流量、光源温度、功率、样品湿度)NO2光解转化效率的测试.结果表明:进样流量为100~200 mL·min-1、光源温度为20℃、光源功率约为60 W(光密度约26 W·mL-1)的条件下,可得到较高的光解转化效率(约80%);臭氧流量及样品相对湿度对转化效率影响不大.在上述最佳转化效率的条件下,将其与PLC860-CLD88p(ECO PHYSICIS)进行了为期8 d的比对实验.结果显示:二者的NO2实际测量结果趋势基本一致:[NO2]ECO=0.908×[NO2]PKU+1.913(R2=0.955),初步证实了该套自主设计光解装置应用于实际观测的可靠程度.     

大气NOx测量准确性问题分析

采用美国热电公司的NO-N02-NOx分析仪(Model 42i TL)和NOy分析仪(Model 42i NOy),在2011年1月-10月期间,对北京城市大气中的NO、NOx和NOy进行了连续在线测量.两台仪器对NO的测量结果具有较高的一致性(r＞0.998,p＜0.01),说明两台仪器测量精度基本一致.将NOy分析仪(Model 42i NOy)采样口处安装和不安装颗粒物过滤膜两种条件下测量的NOy结果与NO-NO2-NOx分析仪所测的NOx结果分别进行了相关性分析([NOy] =0.989x[NOx],R2 =0.993;[NOy] =1.134 ×[NOx],R2=0.959),得出以下两个结论:①以颗粒态硝酸盐为代表的颗粒物是造成NOx与NOy偏差的主要原因,其所占比例在10％左右;②目前Model 42i-TL所测NOx的浓度水平较真实值偏高,其测量值更接近气态NOy的浓度水平.为估算NO2测值被高估的程度(以2011年8月6日-15日观测数据为例),用扣除部分气态NOz物种(HONO、HNO3、PAN、PPN)的修正方法,推论出在夏季N02被高估约7％(R2=0.968).     

H2O2存在条件下冰相中苯酚的光化学转化

研究了在125W高压汞灯照射下,低温(-14～-12℃)反应装置中H2O2存在条件下冰相中苯酚的光转化反应,考察r冰相中苯酚光转化的影响因素以及光转化动力学过程.结果表明,冰相中苯酚光转化速率随着光强和H2O2初始浓度的增加而加快,随着苯酚初始浓度的增加而减慢;强酸条件促进了苯酚的光转化;苯酚的光解速率符合一级动力学模式.苯酚光解产物的GC-MS和LC-MS分析表明,苯酚在光解过程巾主要发乍了羟基化反应和偶联反应.     

己唑醇在水溶液中的光化学降解研究

研究了高压汞灯光源下己唑醇在不同pH缓冲液中的光化学降解特性及NO3-和NO2-对光解的影响.结果表明,己唑醇在水溶液中的光解符合一级动力学规律.不同pH值缓冲溶液中的光解速率排序为:pH=7>pH=9>pH=5.在己唑醇水溶液中添加不同浓度的NO3-及NO2-,均会不同程度地影响己唑醇的光解速率.在0～20mg·L-1的浓度范围内,NO3-对己唑醇的光解均表现为促进作用,且随着添加浓度的增大促进作用增强;NO2-在0.4和2mg·L-1浓度下,对己唑醇的光解有一定的促进作用,而在10～20mg·L-1浓度时,表现为抑制作用.     

水溶液中2,4-二氯苯酚的光降解研究

研究不同光源下2,4 二氯苯酚直接光解,以及水溶液中Fe(Ⅲ) OH络合物对2,4 二氯苯酚光解的影响,并考虑了光强、浓度、pH值等一些影响因素。     

载银TiO2光催化降解2,4-二氯苯酚水溶液的研究

以新型载银TiO₂为催化剂,太阳光为光源,对2,4-二氯苯酚水溶液进行了光降解。结果表明,载银TiO₂催化剂的光解效率是单纯TiO₂的1.9倍;经回归分析,由Langmiur-HinsheiWood方程计算出的反应速率R值与实验值的最大偏差不超过6.5%。证明该光解反应是非均相催化动力学反应。      

大气细颗粒物中有机碳和元素碳监测方法对比

在线精确测量大气细颗粒物中有机碳(OC)和元素碳(EC)是研究碳质气溶胶形成和来源解析的重要科学基础.在线测定仪器选取不同的升温程序可能导致OC和EC观测数据差异,造成对研究结果的误判.对比分析在线OC/EC分析仪最常使用的RT-Quartz(R法)、NIOSH 5040(N法)和Fast-TC(F法)这3种温度协议下获得的OC和EC实际观测结果,结合北京空气污染程度,讨论了3种分析程序观测结果的异同.结果表明,3种分析程序对TC(TC=OC+EC)、OC和EC的测量均无显著性差异,但存在一定偏差.对TC的测量,R法比N法低5%,比F法高1%;对OC的测量,R法比N法低9%,比F法高1%;对EC的测量,R法比N法高20%,比F法低11%,其中R法温度协议在不同空气质量下对TC、OC和EC测量的变异系数均小于N法和F法.使用R法的在线分析与小流量PM2.5石英膜采样-离线分析所测定的TC、OC和EC结果的线性拟合斜率分别为1.21、1.14和1.35,R2TC、R2OC和R2EC分别为0.99、0.99和0.98;R法测定的EC浓度显著低于多角度吸收光度计(MAAP)测定的BC浓度.当BC8μg·m-3时,EC/BC为0.39,而当BC8μg·m-3,EC/BC为0.88.EC与BC变化趋势相近,但浓度值存在系统误差.     

阿替洛尔在模拟太阳光照射下的光解

以1000W氙灯为光源,研究了阿替洛尔在模拟太阳光照射下的光降解行为,采用HPLC和SPE-LC-MS技术鉴定了阿替洛尔在250～600nm波长照射下的主要光解产物并提出了可能的光解途径.探讨了溶液pH值、硝酸根离子浓度、腐殖质和碳酸氢根离子等因素对阿替洛尔在模拟太阳光照射下光解的影响.结果表明,阿替洛尔在模拟太阳光下的直接光解很难发生,且改变溶液pH值不能促进直接光解.而在250～600nm波长照射下,阿替洛尔4h光解率达42%,光解途径主要有母体羟基化和支链的断裂反应.在模拟太阳光照下,NO3-对阿替洛尔光解有显著的光敏化作用,而富里酸(SRFA)光敏化作用微弱.HCO3-抑制了模拟太阳光照下阿替洛尔在NO3-溶液中的光解,腐殖质则通过自由基淬灭和内滤机制抑制了阿替洛尔在NO3-溶液中的光解.     

硝酸根对水中2,4-D光解的影响

以300 W汞灯为模拟太阳光光源,在滤去波长小于290 nm光的Pyrex试管中,考察了淡水和海水中不同浓度的硝酸根离子(NO-3)对除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)光解动力学的影响,并利用电子顺磁共振技术研究了2,4-D光解过程中羟基自由基(OH)的作用。结果表明,淡水和海水中2,4-D的光解反应均符合一级动力学方程,2,4-D的光解速率随水中NO-3浓度的增高而加快。相同实验条件下,当NO-3初始浓度小于31 mg/L时,海水环境中2,4-D的光解速率常数略高于淡水环境。电子顺磁共振技术证实光照条件下水溶液中NO-3的存在有利于OH的生成,表明2,4-D的降解可能和OH产生的氧化反应有关。     

不同形态氮转化对啶虫脒在水溶液中光解的影响

模拟研究了环境中氮发生形态转化时对啶虫脒在水体中光解的影响.结果表明,啶虫脒的光解反应符合一级动力学规律.pE反映了体系的氧化还原性,环境pE值较低时,无机氮主要以NH4+形式存在,对啶虫脒光解几乎没有影响;;随着pE值的提高,无机氮逐渐由NH4+形式向NO2-和NO3-形式转化,NO2-、NO3-的存在均对啶虫脒的光解有抑制作用,它们对啶虫脒光解的抑制是由于对光辐射的竞争性吸收所引起的.多种形态无机氮共存时,其对啶虫脒光解的抑制作用不是简单的加和关系,各形态无机氮之间存在一定的拮抗作用.当环境pE值达到7.2后,无机氮主要以NO3-形式存在,其对啶虫脒光解的抑制率最高可达36.71%.     

天津冬季一次污染过程中NOx和O3的立体分布特征

由于大气是一个复杂介质,低层大气中湍流的存在使物质和能量的交换很剧烈,污染物的扩散传输现象明显.对不同高度不同区域的低层大气做立体观测,获取气态污染物浓度分布最直接的资料很有必要.综合利用地面观测站点、系留气球和飞机平台,于2016年11月25—26日在天津武清高村一次污染天气条件下对NO_x和O₃进行立体观测,得到了污染物的地面、垂直和低空区域分布特征,并结合气象因子进行分析研究.观测结果表明,地面$\varphi $（NO_x）水平较高,日均值为230×10-9,超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准的限值,反映了高村冬季较高的污染水平,主要受当地交通源排放的影响.$\varphi $（NO_x）随高度的上升呈下降趋势,受风速的影响明显,主要积聚在逆温层以下.低空$\varphi $（NO_x）市区高于郊区,而处于更远郊区的高村$\varphi $（NO_x）与市区相当,也反映了高村本地较高的NO_x污染.高村地面$\varphi $（O₃）低,日最大8 h平均值为8×10-9,反映了冬季低温辐射弱、光化学反应强度低的特点.随高度增加$\varphi $（O₃）呈上升趋势,垂直分布特征主要与温度层结有关.低空$\varphi $（O₃）呈郊区高于市区,高村（远郊区）高于近郊区的特征.研究显示,$\varphi $（NO_x）的升高导致$\varphi $（O₃）下降,这可能与高村冬季的$\varphi $（VOCs）/$\varphi $（NO_x）偏低有关,需要结合VOCs观测数据做进一步分析.      

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

NOx和/或NH3气氛下SO2在高岭土表面非均相转化的实验研究

利用自制气溶胶反应器研究了NO_x和/或NH_3气氛下SO_2在高岭土表面的非均相转化过程,应用扫描电镜(SEM)对高岭土颗粒物形貌进行了表征.结果表明:高岭土颗粒表面的SO_2非均相转化致使其成分和形貌产生了较大变化.相同实验条件下,SO_2转化的协同作用程度由高到低依次为NH_3、NO_x/NH_3和NO_x气氛,相对湿度40%、有光照条件下,SO_2转化量增幅最高可分别达125%、75%和50%.所有气氛下,协同作用在无光照时在高相对湿度(40%~70%)区间更为突出,有光照时其显著性则体现在低相对湿度(20%~40%)区间.SO_2、NO_x、NH_3三者共存时,在高岭土颗粒表面发生的非均相反应过程既有协同作用又存在竞争反应.     

Pd/CeZr/TiO2/Al2O3蜂窝状金属丝网催化剂选择催化还原NOX

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Pd/CeZr/TiO2Al2O3蜂窝状金属丝网催化剂,并将其应用于在富氧条件下以丙烯选择催化还原NOx的研究.利用扫描电镜(SEM)分析了钛酸四丁酯的含量以及涂敷次数对TiO2涂层的影响,系统地考察了Pd含量、氧气浓度和空速对蜂窝状金属丝网催化剂催化性能的影响.实验结果表明,采用钛酸四丁酯的含量为20.0%的溶胶,涂敷2次,可以在金属丝网载体上氧化铝涂层表面获得均匀、无皲裂的TiO2涂层;Pd含量在0.23%～1.06%的范围内, NOx的转化率随Pd含量的增加而减小, Pd含量为0.23%时, NOx表现最高的NOx转化率;反应气体中氧气浓度从1.5%增加到6.0%, NOx的转化率随氧气浓度的增加而增大,当氧气浓度高于6.0%, NOx的转化率则随氧气浓度的增加而迅速减小; NOx的转化率随着空速的增加而降低,在高温条件下空速对转化率的影响要大于在低温条件下.     

卫星遥感在NOx总量控制中的应用

基于美国Aura卫星臭氧观测仪(OMI)提供的对流层NO_2垂直柱浓度数据,分析2015年北京世界反法西斯战争胜利70周年纪念活动期间和2016年杭州G20峰会期间NO_2柱浓度变化趋势,发现NO_2柱浓度能灵敏地捕捉到地面NO_x排放量的变化状况.因此,本文利用OMI NO_2柱浓度评估"十二五"期间及"十三五"初期我国NO_x排放量的变化状况,结果表明,"十二五"期间我国NO_2柱浓度降幅为24.98%,NO_x减排取得显著成效."十三五"初期,2016年全国NO_2柱浓度相比2015年下降3.18%,NO_x排放量继续下降.     

烟气深度余热回收技术对燃气锅炉NOx排放扩散迁移规律的影响研究

运用Fluent计算软件对北京市丰台区某燃气锅炉排放烟气中NOx的转化和扩散过程进行了数值模拟,定量地研究了烟气深度余热回收技术对燃气锅炉排放NOx在大气中的迁移规律产生的影响,并与Screen 3模型模拟的结果进行了对比.研究发现:烟气深度余热回收技术的应用使NOx的最大落地浓度与烟气直排时相比增加了2.5倍,NOx对本地地表的影响面积增大了15750 m2,增加了本地环境污染的风险.结合燃气锅炉的NOx控制技术提出了缓解局部环境风险的解决方案.结果表明,烟气深度余热回收技术与低氮燃烧技术联用,NOx的控制效率达到70%以上时,在有效提升锅炉热效率的同时,可以缓解由于烟温大幅下降造成的本地环境污染恶化的风险.     

关中盆地NO2和SO2对颗粒物污染的协同效应

基于WRF-Chem模式模拟了关中盆地2019年1月2—14日一次颗粒物污染事件,评估了NO_x和SO₂减排及其在颗粒物污染中的协同作用对PM_2.5污染的影响。敏感性实验结果表明：NO_x减排可使PM_2.5中硝酸盐含量下降,但大气中O₃浓度上升,大气氧化能力增强,其他二次组分上升,导致PM_2.5下降不明显;SO₂人为源减排可使硫酸盐质量浓度下降,但由于硫酸盐在PM_2.5中占比较低,当SO₂减排75%时,PM_2.5仅下降1.74%;当减排比例较高时,NO_x和SO₂同时减排更有利于颗粒物污染防治。PM_2.5质量浓度在NO_x和SO₂同时减排75%时比分开减排75%时多下降0.75%,主要是硫酸盐下降所致;对气溶胶含水量进行分析,发现NO_x对气溶胶含水量影响较大,当NO_x减排75%时,气溶胶含水量可下降15.51%;此外,NO_x和SO₂同时减排比分开减排时气溶胶含水量更低,更不利于二次颗粒物生成。     

甲烷催化还原NOx中Co基/分子筛催化剂的助剂和载体优化

采用共浸渍法制备了系列Co基/分子筛催化剂,在固定床催化反应器中考察了不同催化剂在甲烷催化还原NO_x中的催化行为,优化了Co基/分子筛催化剂的助剂和载体,并通过催化表征手段阐明了其构效关系.结果表明,Fe和SAPO-34分别作为优化助剂和载体制备得到的Co-Fe/SAPO-34催化剂具有最高的催化活性,在450℃时,NO_x的最大转化率可以达到52.7%.CO_2对Co-Fe/分子筛催化剂活性无明显抑制作用,H_2O对催化剂的活性抑制是可逆的,SO_2对催化剂活性抑制作用明显.Co-Fe/SAPO-34催化剂表面钴物种以CoO和Co(OH)_2为主,Co-Fe/ZSM-5催化剂表面钴物种则以Co_3O_4和Co(OH)_2为主,Co-Fe/Beta催化剂则可能以CoO、Co Al2O_4和Co_3O_4为主.各Co-Fe/分子筛催化剂表面Fe~(2+)/Fe~(3+)含量比依次为Co-Fe/ZSM-5(3.98)Co-Fe/SAPO-34(0.52)Co-Fe/Beta(0.43).活性组分钴物种的形态和合适的Fe~(2+)/Fe~(3+)含量比对Co-Fe/分子筛催化剂上甲烷催化还原NO_x至关重要.Co-Fe/分子筛催化剂上CH_4-SCR反应机制为:NO在Br?nsted酸位上吸附氧化成NO~+,同时CH_4在Br?nsted酸位上吸附活化成—C=O和—COO等活性物种,生成的NO~+在Co2+和Fe~(3+)等催化活性位上转化成硝酸盐等中间产物,中间产物硝酸盐与活化物种(—C=O和—COO)反应生成N_2和CO_2.