氮掺杂型纳米TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能研究

采用钛酸四丁酯为原料,以氨水水解-沉淀法制备出了氮掺杂型纳米TiO2催化剂(N/TiO2),以XRD、XPS、UV-Vis等手段对其进行表征;并通过对偶氮染料橙黄G的降解反应,研究了N/TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能,探讨了pH值、外加H2O2氧化剂对光催化降解率的影响,并与P25型纳米TiO2进行了对比.结果表明,在可见光下,N/TiO2对橙黄G具有较高的催化活性,反应150min后降解率可达96.29%,显著高于P25型TiO2(42.55%);在太阳光下,N/TiO2对橙黄G的光催化降解速率较快,反应60min降解率与P25型TiO2基本相同,分别为99.37%、99.94%;较低的pH值环境并适量添加H2O2可显著提高N/TiO2催化效率,在可见光及太阳光下的最佳pH值均为2～3,最佳H2O2加入量分别为0.5mL·L-1、1.5 mL·L-1.     

负载型纳米TiO2/AC对偶氮染料的光催化降解研究

以钛酸四丁酯和粒状活性炭(AC)为主要原料,采用溶胶-凝胶-浸渍法制备出负载型纳米TiO2/AC催化剂.在流化床反应器中分别对2种典型的偶氮类染料橙黄G、活性艳红X-3B模拟废水进行了光催化降解研究,探讨了pH值、外加氧化剂对光催化降解率的影响,并对催化剂进行了回收再生利用试验.结果表明,TiO2/AC催化剂具有良好的光催化活性、吸附特性及可再生性,60 min后对2种染料反应的光催化降解率分别可达到99.71%和97 12%,反应180 min后的TOC去除率分别达到81.54%和81.99%;反应后TiO2/AC催化剂回收率大于95%,经焙烧再生后对橙黄G反应60 min的光催化降解率仍高达95.93%.     

餐饮行业细颗粒物(PM2.5)排放测算方法:以上海市为例

以上海市餐饮企业为例,研究了餐饮企业PM_(2.5)排放特征以及排放测算方法.按照单位灶头、单位时间、单位就餐人次这3种计算基准,获得了不同类型餐饮企业PM_(2.5)的排放因子,并在此基础上结合2014年上海市餐饮企业活动水平测算了PM_(2.5)的排放清单.结果表明,餐饮企业排放PM_(2.5)的浓度范围0.1~1.8 mg·m~(-3),甚至超过国家饮食业标准中关于油烟1mg·m~(-3)的排放限值;PM_(2.5)中OC质量贡献超过50%,OC/EC比值的变化范围为58.8~752.3,平均值为128.4,可作为餐饮排放的示踪特征.企业规模是影响餐饮企业PM_(2.5)排放因子的重要因素.按照灶头活动、餐饮作业时间以及就餐人次这3种方法计算得出的餐饮企业PM_(2.5)排放因子均表明,大型、中型企业明显高于小型和微型企业(食堂、快餐).基于上述3种排放因子,计算2014年上海PM_(2.5)排放量相对一致,表明本研究获得基于3种活动水平的排放因子比较可靠,未来可应用于其他城市餐饮企业排放清单的核算.     

基于高质量分辨率质谱仪研究上海城区秋季大气亚微米级颗粒物化学特性

利用先进的高分辨飞行时间气溶胶质谱仪(High Resolution Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer,HR-To F-AMS),于2017年9月8日—2017年10月8日对上海市城区开展了亚微米级颗粒物化学组分、粒径及其污染来源的在线测量.结果表明,观测期间上海城区亚微米颗粒物质量浓度平均为(22.0±17.2)μg·m-3;其中,有机物是PM1的主要贡献者,平均占总颗粒物浓度的49.3%,硫酸根、硝酸根和铵根的占比分别为24.2%、10.5%和9.7%.上海城区亚微米级颗粒物中无机盐组分类(硝酸根,硫酸根和铵根)具有较为一致的粒径分布,峰值粒径主要集中在空气动力学粒径500~600 nm.有机物的粒径分布峰值位于空气动力学粒径400~500 nm,且在小粒径范围内有较高的有机物浓度,表明存在一定程度的一次排放.观测期间有机气溶胶呈现明显的多峰分布,硫酸根、铵根和氯离子呈白天低、夜间高的特点,而硫酸根和黑碳的日变化并不明显.基于高分辨率有机质谱计算得到上海城区有机气溶胶氧碳比(O/C)的平均比值为0.37;有机物与有机碳(OM/OC)的平均比值1.65.利用正矩阵因子解析(PMF)模型对有机气溶胶高质量分辨率质谱进行来源解析,得到4类有机气溶胶:HOA(还原态有机气溶胶)、COA(餐饮源有机气溶胶)、MO-OOA(高氧化性有机气溶胶)和LO-OOA(低氧化性有机气溶胶),分别占有机气溶胶总量的15%、20%、32%和26%,说明观测期间上海城区有机气溶胶主要来自二次气溶胶的贡献.     

常州市冬季大气污染特征及潜在源区分析

为了解常州市冬季大气污染特征,对2013—2015年常州市冬季PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO数据进行分析,并结合HYSPLIT 4.9模式研究不同气团来源对常州市各污染物浓度的影响及潜在污染源区分布特征.结果表明,常州市冬季以PM_2.5污染为主,其占冬季首要污染物的90%以上,冬季PM_2.5小时浓度对应的空气质量级别以良和轻度污染出现频次最多,冬季的ρ（PM_2.5）对ρ（PM_2.5）年均值的贡献率高达37.4%,不完全燃烧是颗粒物的一个重要来源.冬季ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）的日变化均呈双峰分布,两个峰值分别出现在交通的早高峰和晚高峰附近.ρ（NO₂）在晚高峰明显大于早高峰,而ρ（SO₂）和ρ（CO）表现为早高峰大于晚高峰.常州市CO/NO_x和SO₂/NO_x的分析结果表明,常州市交通源的贡献明显,点源对常州市的空气质量的影响也较大.1和6 h的ρ（PM_2.5）梯度变化可判识细颗粒物的爆发性增长.冬季常州市受到西北、西和西南等地区的大陆性气流影响较大,其对应的ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）平均值相对较高,且对应的污染轨迹出现概率较大.偏东方向的气流由于移动速度慢,不利于污染物扩散易造成污染累积,导致ρ（PM_2.5）、ρ（SO₂）和ρ（NO₂）相对较高.WPSCF（源区分布概率）高值区（>0.5）集中于从芜湖至上海的长江中下游区域和杭州湾区域.PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO潜在源区存在较大差异性,NO₂、SO₂和CO本地化的潜在贡献较PM_2.5和PM₁₀更明显.此外,受船舶等影响海洋源区对NO₂、SO₂和CO的潜在贡献较大.研究显示,长三角区域的大气污染物以本地污染为主,但远距离污染输送贡献也不容忽视.      

基于数值计算的细颗粒物采样管路传输损失评估

细颗粒物(PM_(2.5))理化性质测量是研究大气PM_(2.5)污染来源及成因的重要手段之一,最大限度降低细颗粒物在采样输送过程中的损失对提高测量结果的准确性至关重要.为了评估常规测量体系中采样管路内PM_(2.5)的输送损失情况,并在此基础上探究合适的采样管路布置方案,本研究采用数值计算方法分析了管径、管长及弯管数目这3个主要参数在不同变化范围内对PM_(2.5)输送效率的影响.结果表明,流量为20.0 L·min~(-1)时,管径4 mm、管长1.0 m的竖直管路内PM_(2.5)质量浓度输送效率为89.6%,管径增至14 mm时输送效率升至98.3%.流量为1.0 L·min~(-1)时,管径4 mm、管长10.0 m的水平管路内PM_(2.5)质量浓度输送效率仅为86.7%,管长降至0.5 m时输送效率提高至99.2%.弯管弧度为90°时,流量20.0 L·min~(-1)、管径4 mm的湍流态弯管处,PM_(2.5)质量浓度输送效率低至85.2%.流量(L·min~(-1))与管径(mm)之比小于1.4使管内流态为层流时有利于降低颗粒物输送损失.为保证PM_(2.5)输送效率在97%以上,2.5、5.0和10.0 L·min~(-1)仪器建议选择管长在6.0 m以内的竖直采样管;流量为16.7 L·min~(-1)和20.0 L·min~(-1)仪器建议选择管径在12 mm以上的竖直采样管;水平管路管长由流量与管径之比确定;在湍流流态下,建议减少弯管的使用数量.     

2013年12月上海市重度污染期间细颗粒物化学特征与输送轨迹影响

2013年12月我国中东部地区发生多场大范围高强度的颗粒物污染. 期间,本研究采用在线连续观测手段测量了上海市城区大气中气态污染物、颗粒物的质量浓度、细颗粒物的化学组分等,获得了浮尘污染、灰霾污染、雾霾污染、长距离传输的过境污染过程中颗粒物的污染特征变化. 观测结果显示,雾霾污染最为严重,PM₁₀和PM_2.5日均最大浓度分别达到536 μg ·m^-3和411 μg ·m^-3,PM_2.5/PM₁₀高达76.7%,高湿度加强了大气颗粒物中NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺等二次组分的生成. 浮尘污染中PM_2.5的Ca²⁺浓度在所有污染过程中最高,且PM_2.5中一次组分比重明显上升. 长距离传输的过境污染中PM_2.5的SO₄^2-浓度最高,且增长速度很快. 同时本研究还采用Hysplit反向轨迹结合聚类分析方法,得到了不同污染过程中到达上海的主要气团轨迹,并结合上海城区在线观测的PM_2.5及其化学组分浓度数据,探讨了不同气团下PM_2.5组分特征差异和不同污染过程的大致来源. 结果表明,观测期间上海的气团轨迹可以聚类为六类. 其中,移动速度快的cluster6出现时,上海市不易出现颗粒物污染; 始于蒙古的cluster2和cluster3导致上海出现沙尘污染,该气团下PM_2.5/PM₁₀的比例都较低,且PM_2.5中Ca²⁺浓度较高. 移动缓慢的cluster5和cluster4有利于污染物的二次生成,静稳天气同时加剧了污染物的累积,加上他们经海上夹带水汽传输至上海,这些不利条件是导致上海出现严重污染的关键因素.     

上海城区硝基芳香族化合物的化学组成及特征分析

为研究硝基芳香族化合物(NACs)在上海城区大气中的浓度水平、组成特征以及与气态前体物关系,采用大流量采样器采集了2020～2021年上海城区大气细颗粒物PM_2.5冬季39个和夏季46个样品,利用超高效液相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱,对其中12个NACs物质进行了定量分析,结合后向轨迹、前体物及气象要素等相关性分析,并对其中含CHON类物质进行分子组成和分类分析.结果表明,冬季ρ(NACs)平均值(17.1 ng·m^-3)是夏季(5.7 ng·m^-3)的3倍,冬季气团主要来自于北方,夏季气团则主要来自于较清洁的东南部海洋.冬季NACs组成中含量最丰富的物种为4-硝基苯酚,夏季则为4-硝基苯酚(清洁天)和4-羟基-3-硝基苯甲酸(污染天),冬、夏两季均表现出昼高夜低的特点.单环和多环芳烃化合物识别和表征的芳环等值数(Xc)以及O/C和H/C值等特征的定性分析结果表明,上海城区冬、夏两季PM_2.5中CHON类化合物主要是芳香族化合物,且在PM_2.5污染天检测到的CHON类化合物的...     

周口市2022年冬季重污染过程中细颗粒物污染特征及成因分析

为研究周口市冬季大气细颗粒物污染特征及导致其暴发增长的主要影响因素,利用城区环境空气在线高时间分辨仪器对2022年1月周口市大气常规污染因子、细颗粒物中水溶性离子等进行观测分析.结果表明,二次无机气溶胶(SNA)、碳质气溶胶(CA,包括有机碳OC和无机碳EC)以及重构后的地壳物质(CM,如Al₂O₃、 SiO₂、 CaO和Fe₂O₃等)是PM_2.5中含量前三的组成,占比分别为61.3%、 24.3%和9.72%,SNA、 CA、 CM和二次有机气溶胶(SOA)浓度均随AQI升高而升高. 1月硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)分别为0.53和0.46, SO₄^2-和NO^-₃增长速率[μg·(m³·h)^-1]分别为0.027(-5.89～9.47,下同)和0.051(-23.1～12.4).重污染时段SO₄     

环境空气PM2.5化学组分监测数据审核指标的建立:以长三角地区为例

本研究基于2014~2017年长三角地区2100余组环境空气PM_2.5组分监测数据,建立了组分监测数据有效性的审核指标.以百分位数法（P_2.5,P_97.5）确定了长三角地区阴离子（A）与阳离子（C）电荷当量浓度比（A/C）、所测组分浓度之和（∑组分）与PM_2.5实测浓度比、基于物质重构的PM_2.5质量浓度（PM_2.5,重构）与PM_2.5实测浓度比、S/SO₄^2-和K/K⁺的双侧95%参考范围分别为：（0.82,1.35）、（0.63,0.94）、（0.62,1.00）、（0.28,0.50）和（0.66,2.31）,且上述指标各月的平均值和参考范围基本不受季节变化影响.NH₄⁺的理论浓度与实测浓度检验结果表明,NH₄⁺的化学形态呈现季节性变化,春夏季主要以NH₄NO₃和（NH₄）₂SO₄形态存在,秋冬季则主要以NH₄NO₃、（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl形态存在.相关研究的验证结果表明,A/C指标的通过率为87.1%,其他4项指标的通过率高达100%,说明上述审核指标的参考范围不仅适用于长三角地区,在我国其他地区也具有参考价值.本研究还发现,审核指标的使用有一定条件,对于S/SO₄^2-,夏季数据适用条件为PM_2.5≥40 μg ·m^-3,春秋冬三季数据适用条件为60 μg ·m^-3≤PM_2.5≤140 μg ·m^-3;对于其他审核指标,当PM_2.5≥60 μg ·m^-3时,上述参考范围基本能够全年普遍适用.