夏季东海挥发性硫化物的空间分布与释放通量研究

挥发性硫化物（volatile sulfur compounds,VSCs）是大气中一类重要的痕量活性气体,对全球硫循环和气候变化有着重要的影响.于2018年6—7月运用冷阱捕集气相色谱和气-质联用法测定了东海海水与大气中3种重要的VSCs即羰基硫（carbonyl sulfide,COS）、二甲基硫（dimethyl sulfide,DMS）、二硫化碳（carbon disulfide,CS₂）的浓度,分析了其与相关环境因子的相关性,并估算了它们的海-气通量.研究结果表明,夏季东海表层海水中COS、DMS和CS₂的浓度平均值分别为（0.47±0.33）、（4.46±4.52）和（0.13±0.07） nmol·L^-1,海水中COS和CS₂的高值区出现在长江口附近海域,DMS在东海南部海域的浓度远低于北部海域.大气中COS、DMS和CS₂的浓度平均值分别为（564.0±37.5）×10^-12、（70.7±83.5）×10^-12和（177.6±232.3）×10^-12（以体积分数计）,COS分布均匀,CS₂的分布呈现近岸高远海低的特点,而DMS的分布受海-气扩散的影响.相关性分析表明,夏季东海海水中COS和CS₂与海水中的营养盐存在正相关关系,这可能是因为营养盐能促进浮游植物生长,而浮游植物生长过程中能释放COS和CS₂的前体进入水体,从而促进COS和CS₂的生产.此外,夏季东海中COS、DMS和CS₂的海-气通量平均值为（1.05±1.13）、（9.21±9.49）和（0.24±0.22）μmol·m^-2·d^-1,表明夏季东海是大气中3种VSCs的源.     

2017年9月东海海水和大气中挥发性有机硫化物的浓度分布及其来源

挥发性有机硫化物（volatile organic sulfur compounds，简称VSCs）是硫循环的主要参与者，在全球气候变化和大气化学中发挥重要作用.于2017年9月运用冷阱捕集气相色谱和气-质联用法对东海海水与大气中3种重要的VSCs即羰基硫（COS）、二甲基硫（DMS）、二硫化碳（CS₂）的浓度进行了测定，并计算了它们的海-气通量.研究结果表明，秋季东海表层海水中COS、DMS和CS₂的浓度平均值分别为（0.14±0.08）、（3.58±2.81）和（0.06±0.06）nmol·L^-1.大气中COS、DMS和CS₂的平均浓度分别为（414.9±107.4）×10^-12、（39.7±29.9）×10^-12和（92.9±55.6）×10^-12，COS是大气中含量最丰富的VSCs.相关性分析表明，海水中DMS与CS₂存在相关性，推测两者具有相似的来源途径.大气中COS和CS₂的浓度相关性较为显著，显示大气中CS₂是COS的主要源.此外，海水中COS、DMS和CS₂都呈过饱和状态，海-气通量平均值分别为（0.45±0.58）、（13.15±12.66）和（0.20±0.22）μmol·m^-2·d^-1，表明秋季东海是大气中3种VSCs的源.     

火花放电条件下CS_2转化为COS的反应

利用火花放电技术模拟研究了自然界闪电作用下CS₂转化为COS的反应. 结果表明, 放电条件(电压3000 V)下CS₂(初始分压为1.33×10³ Pa)能与空气(25 ℃, 10³ Pa)中的氧气、水蒸气作用, 转化为COS以及其他含硫含碳产物(CO、CO₂、SO₂等); CS₂初始分压、水蒸气和放电时间等因素对COS生成量有明显的影响. 并在实验基础上结合多种理论, 探讨了相关过程的大气闪电反应机理. 这些结果可为自然界闪电条件下的硫循环、碳循环过程的研究提供重要依据.     

水稻土中挥发性含硫气体的释放

通过建立野外采样系统,对一个生长周期内水稻土释放的挥发性含硫气体进行了检测.研究结果表明:水稻土中释放的含硫气体主要为COS、CS₂和DMS,并有少量的DMDS.估算出的各含硫气体的释放通量分别为81.11、6.33和10.71 mg·(m²·a)^-1.我国水稻土释放含硫气体的通量为(S)0.013662 Tg/a,全球为(S)0.07992Tg/a     

水稻土中甲硫氨酸分解释放挥发性含硫气体的影响因素

为了探讨水稻土中含硫气体产生和释放的途径 ,在室内培养条件下 ,测定了南京水稻土中含硫气体的释放 .从该淹水土壤中测出 3种含硫气体 ;羰基硫 (COS)、二甲基硫 (DMS)和少量硫化氢 (H₂S)气体 .当土壤中加入甲硫氨酸后 ,DMS气体的释放量有了明显增加 ,此外还有大量甲硫醇 (CH₃SH)和二甲基二硫 (DMDS)气体测出 .而 COS在好氧条件 (普通大气淹水 )下的释放量明显增加 ,在厌氧条件 (充氮淹水 )下的释放量变化不明显 ;只有 H₂S的释放量几乎没变 .这些结果表明 ,甲硫氨酸的分解可能是 COS、DMS、CH₃SH和 DMDS的产生源之一 ,且释放含硫气体的种类明显不同于胱氨酸和半胱氨酸 .在好氧 (普通大气 )条件下 ,DMDS和 CH₃SH的释放量低于厌氧情况 (充氮气 )下的释放量 ,DMS则高于厌氧条件下的释放量 .这表明 ,水稻土中甲硫氨酸分解产生 DMDS和 CH3SH需较强的还原条件 ,产生这 2种气体的微生物需要严格的厌氧条件 .产生 DMS的微生物则比前者需要高一些的含氧量 .土壤 pH值和含水量及光照对甲硫氨酸分解释放含硫气体均有影响 .各含硫气体在持水率 50%、普通大气、光照条件下的释放量明显高于无光照条件下的释放量 .     

常压和真空下CS2的光氧化反应

利用原位FTIR、XPS 和GC-MS等技术手段,研究了常温紫外光辐照下常压及真空状态中,CS₂的光氧化反应.结果表明,常压及真空状态下CS₂光氧化反应的产物均为COS、SO₂、CO 和 CO₂,反应均遵循表观一级反应动力学规律,但中间产物COS的浓度变化有较大的差异.常压下COS浓度先迅速增大,然后减少; 真空条件下COS浓度增加到常压下COS浓度的 1/10后基本持平,然后逐渐减小,整个变化趋势缓慢; 2种条件下CS₂的半衰期分别为31.6 s和39.8 s, 中间产物COS降解 98% 所需时间分别为 55 min和22 min.在相同的光照条件下,O₂浓度的增加有助于CS₂光氧化反应的进行.以CS₂光氧化中间产物COS为初始物的光氧化反应主要产物为CO₂和SO₂,后者可以进一步被氧化为SO2-4.适量增加O₂的浓度可以促进COS光氧化反应的进行,但O₂的浓度增加至一定程度后反应速率基本保持恒定.以上结论对揭示CS₂和COS的源和汇以及全球S物质循环具有重要价值.     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法,观测了生长季(5～9月)三江平原小叶章沼泽化草甸H₂S和COS的释放动态,结果表明,H₂S、COS的排放通量具有季节和日变化规律,小叶章沼泽化草甸H₂S的平均释放通量为0.34μg·(m²·h)^-1,COS的平均释放通量为-0.29μg·(m²·h)^-1;在生长季,小叶章沼泽化草甸表现为H₂S的源,COS的汇.小叶章的生长过程对H₂S、COS的排放影响显著,在小叶章生长旺盛期,H₂S出现排放峰值,COS出现吸收高峰,H₂S和COS的释放通量呈负相关.     

Radioactive tracer of the photochemical reaction of 14CS2 with OH in the presence of O2

The photochemical reaction of¹⁴CS ₂ with OH has been studied．The results indicated that the main products of the reaction were¹⁴COS and ¹⁴CO with a small amount of ¹⁴CO₂ in the reaction system(¹⁴CS₂-H₂O₂-C₃H₈-N₂-O₂>)．The reaction was promoted by oxygen．¹⁴COS and ¹⁴CO had the similar kinetic curves while ¹⁴CO₂ got a different kind of Curve．The overall rate constant increased with the increasing of oxygen partial pressure．The rate constant for the removal of ¹⁴CS₂ was K=3.4×10^-12cm³/(mO1.s) at 33330 Pa 0₂．The conversion of ¹⁴CS₂ to ¹⁴CO₂ at room temperature was observed and the possible mechanism of the photochemical reaction was disscussed．     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法，观测了生长季（5～9月）三江平原小叶章沼泽化草甸H₂S和COS的释放动态，结果表明，H₂S、COS的排放通量具有季节和日变化规律，小叶章沼泽化草甸H2S的平均释放通量为0.34 μg·(m²·h)^-1，COS的平均释放通量为－0.29μg·(m²·h)^-1；在生长季，小叶章沼泽化草甸表现为H₂S的源，COS的汇。小叶章的生长过程对H₂S、COS的排放影响显著，在小叶章生长旺盛期，H₂S出现排放峰值，COS出现吸收高峰，H₂S和COS的释放通量呈负相关。     

微波无极灯光解模拟CS2废气

利用自行研制的微波无极灯对模拟二硫化碳废气进行光解.结果表明,微波无极灯光解CS₂的效率随其初始浓度的增加而降低;停留时间是影响CS₂转化率的重要因素;体系中水汽的增加有利于光解效率的提高.当管道气体流速为0.2 m/s,初始浓度约100 mg/m³,湿度约40％时,微波无极汞灯光解CS₂的效率可达75%以上;微波无极碘灯对CS₂的光解效率亦达到50%以上.同时探讨了CS₂光解的反应机理,主要是紫外光直接光解和·OH自由基氧化的共同作用.     

湿地生态系统还原性硫气体自然释放研究

还原性硫气体是重要的痕量生源气体,对全球硫循环和大气化学具有重要作用。湿地是还原性硫气体的重要排放源,二甲基硫(DMS)、硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)是湿地系统释放明显的还原性硫气体。开展湿地生态系统还原性硫气体自然释放的研究,可在全球尺度上估算还原性硫气体对大气循环的具体贡献提供基础数据。DMS、H2S和CS2的日变化规律表现为昼释放率大于夜释放率,COS释放速率表现为夜大于昼,在季节变化上都呈现生长季释放率大于非生长季;空间释放规律上也有较大差异性,水稻田硫气体释放量较为明显。温度通过影响酶活性进而影响硫气体释放,土壤、植被和潮周期等也是影响湿地生态系统还原性硫气体释放的重要因素。在探讨目前该研究领域存在不足的同时,对未来的研究工作进行了展望,以期对湿地生态系统还原性硫气体释放取得更深入的探究。     

外源含硫化合物对土壤挥发性有机硫化合物交换通量的影响

通过静态箱采样和Entech7100预浓缩仪-GC-MS分析了半胱氨酸、硫化钠和硫酸钠对土壤吸收或释放羰基硫（COS）、二甲基硫醚（DMS）、二硫化碳（CS2）和二甲二硫醚（DMDS）等4种挥发性有机硫化合物（VOSCs）的影响.结果表明,添加半胱氨酸后,土壤由COS和CS2汇转变为源,DMS和DMDS通量显著增加,且...     

Photochemical production of carbonyl sulfide, carbon disulfide and dimethyl sulfide in a lake water

Photochemical production of carbonyl sulfide(COS),carbon disulfide(CS_2) and dimethyl sulfide(DMS) was intensively studied in the water from the Aohai Lake of Beijing city.The lake water was found to be highly supersaturated with COS,CS_2 and DMS,with their initial concentrations of 0.91 ± 0.073 nmol/L,0.55 ± 0.071 nmol/L and 0.37 ± 0.062 nmol/L,respectively.The evident photochemical production of COS and CS_2 in the lake water under irradiation of 365 nm and 302 nm indicated that photochemical production of them might be the reason for their supersaturation.The similar dependence of wavelength and oxygen for photochemical production of COS,CS_2 and DMS implied that they might be from the same precursors.The water cage effect was found to favor COS production but inhibit CS_2and DMS formation,indicating that COS photochemical production was mainly from direct degradation of the precursors and the formation of CS_2 and DMS needed intermediates via combination of carbon-centered radicals and sulfur-centered radicals.The above assumptions were further confirmed by simulation experiments with addition of carbonyls and amino acids(cysteine and methionine),and the photochemical formation mechanisms for COS,CS_2 and DMS in water were derived from the investigations.     

土壤中发生的挥发性有机硫气体的研究

测定了张北、封丘、鹰潭、吴县、长沙、湛江等地旱地土壤和水稻土在室内培养情况下挥性有机硫气体的释放。结果表明，这些土壤中产生硫化氢、氧硫化碳、甲基硫醇、二甲基硫、二硫化碳和二甲基二硫等含硫气体。水稻土中产生的有机硫气体高于旱地土壤，同时施用有机肥和化肥后，土壤中发生的有机硫气体高于仅施用化肥，在厌氧条件下检测到的有机硫气体高旱地土壤、同时施用有机肥和化肥后，土壤中发赡有机硫气体高于仅施用化肥。在厌氧     

青岛环境大气和海洋表层水中挥发性硫化物的测定

建立了采用预浓缩和GC FPD测定环境大气和海洋表层水中挥发性硫化物(COS、DMS和CS2)的方法.该方法对气态COS、DMS和CS2的回收率分别为(95±4)%,(86±3)%和(91±6)%(n=5),精密度分别为4 75%,8 26%和7 55%(n=5).对水体中COS、DMS和CS2的回收率分别为(86±8)%,(80±6)%和(97±12)%(n=5),精密度分别为8 17%,5 59%和11 70%.COS、DMS和CS2检出限分别为33pg,387pg和22pg.采用该方法测定了青岛近岸海域大气和表层海水中COS、DMS和CS2的浓度.结果表明,COS是近岸海域大气中主要挥发性硫化物,DMS是表层海水中最主要的挥发性硫化物.3种挥发性硫化物的浓度有明显的季节差异,夏季浓度远高于冬季浓度.     

水稻土中硫酸二乙酯分解产生含硫气体的研究

为了探讨水稻土中含硫气体产生和释放的途径，在室内培养条件下，测定了南京水稻土中含硫气体的释放。结果从该淹水土壤中测出3种含硫气体；硫化氢（H2S），羰基硫（COS）和二甲基硫（DMS）气体。当土壤中加入硫酸二乙酯后，不仅上述3种气体的释放量增加了，而且还明显测出甲硫醇（CH3SH）和二硫化碳（CS2）。据此推测，水稻土中硫酸二乙酯的分解可能是CH3SH、CS2、COS、H2S、DMS5种气体产生释放的来源之一。在好氧条件（普通大气）下：（1）H2S和COS的释放量低于厌氧条件（充氮）。（2）CS2和CH3SH的释放量高于厌氧条件。（3）DMS的释放量不受空气中氧气含量的影响。分析了培养前后土壤pH和Eh的变化和影响。     

水稻土中胱氨酸分解产生含硫气体的研究

测定在室内培养情况下南京水稻土中挥发性含硫气体的释放．结果表明,该土壤中产生Ｈ２Ｓ、羰基硫（ＣＯＳ）和二甲基硫（ＭＤＳ）气体．当土壤中加入胱氨酸后,检测到甲硫醇（ＣＨ３ＳＨ）、二硫化碳（ＣＳ２）、ＣＯＳ、Ｈ２Ｓ和ＤＭＳ气体．除ＤＭＳ之外,这些气体的释放量随胱氨酸添加量增加而增加．据此推测,水稻土中胱氨酸的分解可能是ＣＨ３ＳＨ、ＣＳ２、ＣＯＳ、Ｈ２Ｓ等４种气体产生释放的来源之一．在厌氧条件（充氮淹水）下检测到的含硫气体低于好氧条件（普通大气淹水）．光照、ｐＨ值、土壤含水量等对含硫气体的释放量均有影响     

Effect of liming on sulfate transformation and sulfur gas emissions in degraded vegetable soil treated by reductive soil disinfestation

Reductive soil disinfestation (RSD), namely amending organic materials and mulching or flooding to create strong reductive status, has been widely applied to improve degraded soils. However, there is little information available about sulfate (SO₄^2 −) transformation and sulfur (S) gas emissions during RSD treatment to degraded vegetable soils, in which S is generally accumulated. To investigate the effects of liming on SO₄^2 − transformation and S gas emissions, two SO₄^2 −-accumulated vegetable soils (denoted as S1 and S2) were treated by RSD, and RSD plus lime, denoted as RSD₀ and RSD₁, respectively. The results showed that RSD₀ treatment reduced soil SO₄^2 − by 51% and 61% in S1 and S2, respectively. The disappeared SO₄^2 − was mainly transformed into the undissolved form. During RSD treatment, hydrogen sulfide (H₂S), carbonyl sulfide (COS), and dimethyl sulfide (DMS) were detected, but the total S gas emission accounted for < 0.006% of total S in both soils. Compared to RSD₀, lime addition stimulated the conversion of SO₄^2 − into undissolved form, reduced soil SO₄^2 − by 81% in S1 and 84% in S2 and reduced total S gas emissions by 32% in S1 and 57% in S2, respectively. In addition to H₂S, COS and DMS, the emissions of carbon disulfide, methyl mercaptan, and dimethyl disulfide were also detected in RSD₁ treatment. The results indicated that RSD was an effective method to remove SO₄^2 −, liming stimulates the conversion of dissolved SO₄^2 − into undissolved form, probably due to the precipitation with calcium.     

铅锌硫化矿浮选废水及尾矿库外排水中VOSCs的组成特征及其来源解析

利用臭氧氧化技术对铅锌硫化矿浮选过程各单元作业废水及尾矿库外排水进行处理,根据硫酸根离子浓度增量计算废水中低价态硫(价态小于+6)浓度.采用吹扫捕集-气相色谱质谱联用仪(PTC-GC/MS)检测浮选药剂(丁基二硫代碳酸钠(n-BX)、二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)、腐殖酸钠(SH)、松醇油)水溶液的自然降解产物、尾矿库进水及外排水中的挥发性有机硫化物(VOSCs).结果表明,尾矿库主要进水水源中低价态硫浓度为112 mg·L-1,其中,二硫化碳(CS2)在检测组分中所占相对比例为35.60%,是主要的VOSCs物质.各单元作业中浮选作业工段加入大量浮选药剂,浮选药剂水溶液自然降解产物中均检出CS2,而用药量最大的n-BX(C5H9Na OS2)自然降解产物中CS2相对比例最高(80.33%),因此,n-BX是浮选废水中VOSCs主要药剂来源.尾矿库外排水中低价态硫浓度为22 mg·L-1,其中,VOSCs物质主要有3,6-二甲基-1,2,4,5-四硫环己烷(C2H4S4)、N-巯基-甲酰胺(CH2SNO)和2-甲基-3-噻唑啉(C4H7NS),尾矿库外排水中C2H4S4所占相对比例为22.59%,是主要VOSCs物质.尾矿库水体中微生物通过消耗CS2生成C2H4S4进行新陈代谢.本研究结果可为铅锌硫化矿浮选工艺改进和安全排放提供参考.