生物气溶胶研究进展:环境与气候效应

生物气溶胶是大气气溶胶的一个重要组成部分,在大气中的扩散、传播会引发人类的急慢性疾病以及动植物疾病。生物气溶胶还可以间接影响全球气候变化,并对大气化学和物理过程有着潜在的重要影响。相关研究已成为国际研究的热点,也逐渐得到更广泛的关注。生物气溶胶中的几类生物体(如真菌、细菌和藻类)都被鉴别出是有效的云凝结核(CCN),并在以活性CCN的形式存在。当生物气溶胶与有机物(OC)碰撞接触时可以改变大气中OC的化学组成并改变其CCN特性,从而影响云量并间接影响全球气候变化。空气中的微生物也是影响空气质量的重要因素之一,相关研究主要集中于室内空气细菌、病毒、真菌等生物体的监测及来源调查。而对生物气溶胶的准确测定依赖于采样的有效性,为了减少采样中的误差和活性损失,近年来开发了一些具有应用前景的在线采集、分析技术,如自动拉曼光谱、时间飞行质谱等。分布在大气中的生物气溶胶同样可以遵从传输路线进行长距离传输,而且不同类型的生物气溶胶在大气中具有不同的浓度和时空分布模式。文章对国内外学者近年来在大气生物气溶胶环境效应、样品采集、监测分析以及分布和传输方面的研究进展作了较系统的综述。     

大气气溶胶中的氮:化学形态与同位素特征研究进展

氮是大气气溶胶的重要组成部分.气溶胶中的氮组分参与大气中的光化学反应,进而改变大气组成,影响气候变化与人类健康.同时,大气中过量的颗粒氮改变了氮素的自然循环,当它们沉降到地表时对陆地和水生生态系统产生深远的影响.本文综述了近年来气溶胶氮组分的研究进展,按其化学形态分别阐述了气溶胶中无机氮和有机氮的来源及其相关大气化学过程等,同时探讨了气溶胶中氮的同位素特征,指出该研究领域的薄弱环节并对其研究前景进行了展望.     

烟炱气溶胶的光学辐射特性研究

烟炱气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,它能直接或间接地影响地-气辐射平衡,进而对全球气候产生重大影响.目前,关于烟炱气溶胶光学性质的研究已经成为气溶胶科学中的前沿和热点课题,对其进行系统的实验室研究可以为更好地分析和认识外场观测结果提供基础,并为数值模式模拟研究提供准确的基本参数.本文简要介绍了烟炱气溶胶的来源和分类,...     

南京北郊秋冬季气溶胶散射特性研究

气溶胶散射特性对了解气溶胶的辐射效应具有重要意义。为进一步了解南京北郊秋冬季气溶胶散射特性,利用积分浊度仪观测了2015年和2016年秋冬季大气气溶胶散射系数,对比分析了秋冬季气溶胶散射系数的变化特征,并对散射特性相关参数Angstrom波长指数、后向散射比和不对称因子进行了讨论。结果表明,2015年1月平均气溶胶散射系数达到(359.52±254.24) Mm~(-1),是2016年秋冬季平均散射系数(98.95±36.13) Mm~(-1)的3.6倍,最高日平均散射系数可达877.6 Mm~(-1)。2015年冬季气溶胶散射系数频率分布范围较广(52-1 363 Mm~(-1)),而2016年秋冬季气溶胶散射系数主要集中在160 Mm~(-1)以下的低值区。气溶胶散射系数日变化在2015年冬季呈"三峰型"分布;而在2016年秋冬季呈"双峰型"分布。南京北郊2015年1月、2016年秋季和冬季气溶胶Angstrom波长指数平均值分别为1.08、1.3和1.2,由此可知2016年秋冬季的气溶胶粒子以细粒子为主控粒子,而2015年冬季颗粒物粒径相对较大。2015年1月气溶胶粒子的后向散射比(0.097±0.006)低于2016年秋冬季的值(0.123±0.009),表明2015年冬季气溶胶中含有一定比例粒径较粗的粗颗粒物(粒径1.5μm),而2016年秋冬季气溶胶粒子以粒径小于1.5μm的细粒子为主。其中2015年1月不对称因子高于0.67的样本约占总样本量的70%;而2016年秋冬季不对称因子主要集中在0.55-0.65之间,说明2015年冬季气溶胶粒子的粒径相对较大,且气溶胶粒子的散射以前向散射为主。     

大气气溶胶中元素种态研究

应用化学逐级提取流程对国际原子能机构（简称IAEA）气溶胶、室内和室外气溶胶、煤飞灰中元素的组成和种态进行了分析，应用仪器中子活化法测定了各种态中元素的含量，计算出元素在各种态中的分配比例。按照气溶胶中元素不同种态的环境和生物活性以及主要来源来分类，评述了元素在环境和生态系统中的吸收和转化能力，并对气溶胶中元素对环境的影响作出了初步的探讨。实验数据表明，气溶胶中的不同元素在各种态中的分布是有差异的。地壳来源元素中，Sc,Al,Fe和Ti主要分布在不溶物态中，稀土元素主要分布在氧化物态和不溶物态；不溶物态沉降到地表后不易进行迁移和转化，对环境的影响较小；氧化物态性质比较活泼，可以在大气中发生化学反应。Mn在气溶胶中主要分布在水可溶态和氧化物态，环境可交换性要比Al,Fe,Ti等大得多。人为来源元素的环境可交换态的比例都比较高，这说明它们通过干、湿清除过程沉降到地表后，水可溶态可以直接进入水循环；碳酸盐、氧化物和有机物态可以在适当的条件下与环境中的其他物质发生化学反应，生成易溶于水的化合物进入生态环境中，对环境影响较大。     

扫描电镜-聚类分析研究广州地区气溶胶颗粒特征

本文主要针对广州地区冬夏两季气溶胶样品,应用扫描电镜/X射线能谱分析技术,对单个颗粒物进行形貌观察和组份分析;对于大量单颗粒的组份采用动态聚类法处理,广州气溶胶粗颗粒中的主要污染元素是Cu,Zn,Pb和Ag,Pb和Ag的存在是广州气溶胶的一个特征。     

大气气溶胶粒子中有机物含碳量及元素碳量的测定

建立了光学-热解法测定气溶胶含碳组份测定装量,并用已知含碳化合物对装置进行了标定。气溶胶中有机物、元素碳在不同温度下氧化,生成的CO_2,用非分散红外仪测定。用本装置测定了环境样品中的有机物含碳量及元素碳量,其测定结果与美国劳伦斯-贝尔克里实验室相符。     

香河地区大气气溶胶中水溶性离子观测及分析

大气气溶胶是大气中数量巨大、成分复杂、性质多样、危害最大的一种污染物.水溶性无机离子是大气气溶胶中的重要组成部分,它不仅直接影响大气沉降的酸度和云、雾的形成,还能引起辐射强迫作用,进而导致地气系统能量平衡变化,间接影响全球气候.近年来,对大气气溶胶中可溶性离子的研究受到越来越多的关注.     

基于AERONET典型污染天气下香河气溶胶光学特性研究

气溶胶光学特性是研究气溶胶气候效应的基础,气溶胶辐射强迫估算中最大的不确定性源于对气溶胶光学特性估算的不确定性,详细了解气溶胶光学特性尤其是典型污染天气下的光学特性对研究气溶胶辐射强迫估算具有重要意义。为深入了解香河地区大气气溶胶光学特性,利用AERONET数据资料研究了香河冬、春季节气团来向、气溶胶光学厚度(AOD)以及气溶胶的类型,对比分析了春季沙尘和冬季雾霾天气条件下大气气溶胶光学性质的差异。结果表明:移动速度较慢的气团伴随着高AOD(AOD1.0),而移动速度快的气团伴随着较低的AOD(AOD0.5)。Gobbi气溶胶图解法分析显示,香河站沙尘和细粒子气溶胶都会产生高光学厚度。香河沙尘和雾霾期间粗、细粒子消光占比差异明显,其中细粒子消光分别占总消光的40%和95%,说明雾霾天气发生时细粒子消光对总消光具有重要贡献。沙尘期间,平均AOD稍高于雾霾天气,其中高AOD(1.0)出现的频率达到86%,说明沙尘天大量的粗粒子对总消光具有强烈贡献。两种污染天气下的AOD和Angstrom波长指数(AE)的关系明显不同,其中雾霾污染下的AE随AOD增大表现出缓慢减小的趋势,而沙尘期间AE随AOD变化复杂,当AOD大于1.8时,AE约为0.05。沙尘期间,平均AE为0.45,其中低于0.1和大于0.6的AE分别占41%和32%,表明香河作为沙尘下游地区,沙尘发生时气溶胶主要源于长距离传输的粗粒子和局地产生的细颗粒的共同贡献。雾霾天气下平均AE(1.19)是沙尘天的2倍多,其中大于0.9的AE频率分布高达93%,说明香河雾霾期间气溶胶以细粒子为主。研究结果对香河地区大气污染控制具有重要作用,可为京津冀地区大气污染治理及气溶胶气候效应研究提供参考依据。     

黄海西部春、夏季湿沉降常量离子化学特征研究

大气湿沉降是大气气溶胶的湿清除过程,在物质向海洋输送过程中起着重要的作用．研究降水中的化学成分、离子浓度及其相互作用对于了解海、陆源对被研究地区气溶胶与湿沉降的影响有实际意义．     

溢油分散剂中吐温80对石油中多环芳烃在海水中光降解的影响

溢油事故发生后喷洒溢油分散剂是常用的应急措施之一,这使得溢油分散剂中的表面活性剂与石油中的重要污染物多环芳烃(PAHs)在海水中共存。光化学转化是水中PAHs的重要转化途径,这些共存表面活性剂如何影响PAHs在海水中的光化学消减还有待阐明。本研究选取溢油分散剂的重要活性成分吐温80和石油中2种不同类型的PAHs(菲和二苯并噻吩),通过光化学实验考察不同浓度吐温80对菲(PHE)和二苯并噻吩(DBT)在海水中的光降解速率常数和光解量子产率的影响,并通过量子化学计算的手段研究其影响机制。研究发现:吐温80可以使PHE和DBT的阳离子自由基回到稳定的基态,降低PHE和DBT的光解量子产率,从而抑制PHE和DBT的光降解。该结果表明,在评价溢油分散剂的风险性时不可忽视其对PAHs环境转化行为的影响。     

Effect of iron speciation on the photodegradation of Monuron in combined photocatalytic systems with immobilized or suspended TiO2

Photodegradation kinetics of Monuron (3-(4-chlorophenyl)-1,1-dimethylurea) in photoreactor with immobilized and suspended TiO₂ photocatalyst were studied. The effect of addition of ferric or ferrous perchlorate was investigated. Whatever the concentration of Fe(III/II) added there is no significant negative effect on the photodegradation rate of pollutants. On the contrary, depending on speciation and concentration of iron salts, slight or marked acceleration of the photodegradation kinetics was observed. This positive influence was more pronounced in the case of TiO₂ suspensions than for TiO₂ layers. Fe(III) was generally more effective than Fe(II).     

高碑店湖表层水中雌激素的分布及其光降解影响因素

雌激素等内分泌干扰物在水体中普遍存在,其在再生水中的存在以及在水体中的迁移转化会产生潜在的健康和生态风险。光降解是水体中雌激素消除的主要途径之一,水体中共存的无机离子及有机质等对雌激素的光解存在不同的影响。对高碑店湖再生水体中雌激素的污染状况进行了调查,结果显示表层水中天然雌激素雌酮(E1)和人工合成雌激素17α-乙炔基雌二醇(EE2)的浓度最高。在模拟太阳光照射条件下对E1在水溶液中的降解规律及影响因素进行了研究,发现在模拟1 SUN的光密度条件下,15 min时E1降解率可达85%(C0=5μg·L-1),而氨氮对E1的光降解存在一定的抑制作用,并且抑制作用随着氨氮的升高而变大。与纯水系统相比,高碑店湖表层水基质中E1的光降解速率较低,说明整体上氨氮、HCO-3、浊度等因素对E1光降解产生的抑制作用占主导。对雌酮及其降解产物进行了红外光谱分析,结果显示1 720 cm-1对应的C=O键特征峰在光照时间为0、10和20 min样品中的强度逐渐减弱,而2 854 cm-1和2 925 cm-1对应的脂肪碳的C-H键特征峰先增强后减弱,可能是因为E1结构中的C-C=O发生了反应生成了C=C-OH,而随着反应的继续,C=C也被进一步氧化,但降解产物的结构需要进一步研究推断。随着E1的光降解,E1水溶液的内分泌干扰活性逐渐下降,氨氮虽然对E1的光降解有一定的抑制作用,但随着降解反应的进行E1水溶液的内分泌干扰活性依然呈下降趋势。     

Investigation of the effects of humic acid and H 2 O 2 on the photocatalytic degradation of atrazine assisted by microwave

A solution of atrazine in a TiO₂ suspension, an endocrine disruptor in natural water, was tentatively treated by microwave-assisted photocatalytic technique. The effects of mannitol, oxygen, humic acid, and hydrogen dioxide on the photodegradation rate were explored. The results could be deduced as follows: the photocatalytic degradation of atrazine fits the pseudo-first-order kinetic well with k = 0.0328 s⁻¹, and ·OH was identified as the dominant reactant. Photodegradation of atrazine was hindered in the presence of humic acid, and the retardation effect increased as the concentration of humic acid increased. H₂O₂ displayed a significant negative influence on atrazine photocatalysis efficiency. Based on intermediates identified with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) techniques, the main degradation routes of atrazine are proposed.     

Investigation of the effects of humic acid and H<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>2</Subscript> on the photocatalytic degradation of atrazine assisted by microwave

A solution of atrazine in a TiO₂ suspension, an endocrine disruptor in natural water, was tentatively treated by microwave-assisted photocatalytic technique. The effects of mannitol, oxygen, humic acid, and hydrogen dioxide on the photodegradation rate were explored. The results could be deduced as follows: the photocatalytic degradation of atrazine fits the pseudo-first-order kinetic well with k = 0.0328 s^?1, and ·OH was identified as the dominant reactant. Photodegradation of atrazine was hindered in the presence of humic acid, and the retardation effect increased as the concentration of humic acid increased. H₂O₂ displayed a significant negative influence on atrazine photocatalysis efficiency. Based on intermediates identified with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) techniques, the main degradation routes of atrazine are proposed.     

Photosensitivity sources of dissolved organic matter from wastewater treatment plants and their mediation effect on 17α-ethinylestradiol photodegradation

● EE2 photodegradation behavior in the presence of four WWTPs’ DOM was explored. ● The ³DOM* played a major role in the EE2 photodegradation mediated by WWTPs’ DOM. ● The A²/O process DOM contained more aromatic and oxygen-containing substances. ● Possible photosensitivity sources of DOM in the A²/O process were proposed. Dissolved organic matter (DOM) from each treatment process of wastewater treatment plants (WWTPs) contains abundant photosensitive substances, which could significantly affect the photodegradation of 17α-ethinylestradiol (EE2). Nevertheless, information about EE2 photodegradation behavior mediated by DOM from diverse WWTPs and the photosensitivity sources of such DOM are inadequate. This study explored the photodegradation behavior of EE2 mediated by four typical WWTPs’ DOM solutions and investigated the photosensitivity sources of DOM in the anaerobic-anoxic-oxic (A²/O) process. The parallel factor analysis identified three varying fluorescing components of these DOM, tryptophan-like substances or protein-like substances, microbial humus-like substances, and humic-like components. The photodegradation rate constants of EE2 were positively associated with the humification degree of DOM (P < 0.05). The triplet state substances were responsible for the degradation of EE2. DOM extracted from the A²/O process, especially in the secondary treatment process had the fastest EE2 photodegradation rate compared to that of the other three processes. Four types of components (water-soluble organic matter (WSOM), extracellular polymeric substance, humic acid, and fulvic acid) were separated from the A²/O process DOM. WSOM had the highest promotion effect on EE2 photodegradation. Fulvic acid-like components and humic acid-like organic compounds in WSOM were speculated to be important photosensitivity substances that can generate triplet state substances. This research explored the physicochemical properties and photosensitive sources of DOM in WWTPs, and explained the fate of estrogens photodegradation in natural waters.     

无机离子对左旋葡聚糖光降解的影响

左旋葡聚糖(LG)被广泛作为生物质燃烧的示踪剂.然而,近年来研究表明左旋葡聚糖在大气中不稳定而会发生光降解.此外,对于大气中含量较高的SO₄^2-、NO₃-、NO₂-无机离子对LG光解的影响罕有报到.为此,本文模拟了液相中SO₄^2-、NO₃-、NO₂-对LG光氧化行为的影响.结果表明,Na2SO₄、NaNO₃、NaNO₂条件下LG光解速率常数分别为0.208、0.182、0.165 min^-1,均低于对照组(0.266 min-1),这表明无机离子的存在会减缓LG光降解速率.此外,这3种无机离子对LG光解产物中的低分子脂肪酸分布,甲酸/乙酸(C1/C2)比率均有重要的影响.其中,SO₄^2-存在下产物中戊二酸较多、NO₃-存在下产物中甲酸较多、NO₂-存在下产物中乙酸较多;NO₂-存在下产物中的C1/C2比率小于1与一般二次源中的C1/C2比率不一致,这表明由单一反应引起的C1/C2并不总是大于1.这些结果对于我们深刻理解大气液相中的有机物转化具有重要的参考价值.     

城市污水中典型卤代苯酚分布及其光降解行为研究

卤代苯酚(HPs)是一类广泛存在于水体中的污染物,其在污水处理厂出水中的存在及迁移转化会产生一定的健康和生态风险。探究卤代苯酚在环境中的转化行为非常重要。光降解反应是酚类物质在水体中迁移转化的重要途径,实际水体中的有机质等对卤代苯酚的光降解会产生一定的影响。对大连市区6家污水处理厂出水中卤代苯酚的污染状况进行了调查,结果显示在所有出水中总HPs的浓度范围为77.2~168.6 ng·L-1。在所有检出的卤代苯酚中,五氯酚和2,6-二氯酚浓度较高,且检出频率均为100%,检出浓度范围分别为10.8~166.7 ng·L-1和0.1~72.2 ng·L-1。在模拟太阳光照射条件下,选取2种氯酚和2种溴酚研究它们在污水样品与纯水中光降解行为,从卤原子取代的程度和种类两方面对不同卤代苯酚光降解的规律进行类比,分析了其光降解特性。此外,对比分析了不同污水厂出水的对同种卤代苯酚降解速率的影响,发现出水的p H值、溶解性有机质等因素,都可能影响卤代苯酚的光降解。     

HO ‐ initiated oxidation of acridine and aminacrine in aqueous media: Kinetic model

The photodecomposition of diluted aqueous solutions of acridine and aminacrine in the presence of hydrogen peroxide was studied. Irradiation was carried out with a low pressure mercury vapour lamp. The kinetic model describes the photodegradation rate of the organic compound with respect to the technological parameters of the reactor and provides the reaction rate constants of hydroxyl radicals towards these two molecules. This model was extented to high hydrogen peroxide concentrations ([H₂O₂] > 200 μmol/l) by considering the reactivity of hydroxyl radicals towards hydrogen peroxide. This assumption allows us to define an optimal hydrogen peroxide concentration.