Compilation of reaction kinetics parameters determined in the Key Development Project for Air Pollution Formation Mechanism and Control Technologies in China

A compilation of new advances made in the research field of laboratory reaction kinetics in China's Key Development Project for Air Pollution Formation Mechanism and Control Technologies was presented. These advances are grouped into six broad, interrelated categories, including volatile organic compound (VOC) oxidation, secondary organic aerosol (SOA) formation, new particle formation (NPF) and gas-particle partitioning, ozone chemistry, model parameters, and secondary inorganic aerosol (SIA) formation, highlighting the laboratory work done by Chinese researchers. For smog chamber applications, the current knowledge gained from laboratory studies is reviewed, with emphasis on summarizing the oxidation mechanisms of long-chain alkanes, aromatics, alkenes, aldehydes/ketones in the atmosphere, SOA formation from anthropogenic emission sources, and oxidation of aromatics, isoprene, and limonene, as well as SIA formation. For flow tube applications, atmospheric oxidation mechanisms of toluene and methacrolein, SOA formation from limonene oxidation by ozone, gas-particle partitioning of peroxides, and sulfuric acid-water (H₂SO₄-H₂O) binary nucleation, methanesulfonic acid-water (MSA-H₂O) binary nucleation, and sulfuric acid-ammonia-water (H₂SO₄-NH₃-H₂O) ternary nucleation are discussed.     

Roles of semivolatile and intermediate-volatility organic compounds in secondary organic aerosol formation and its implication: A review

Secondary organic aerosol(SOA) is a very important component of fine particulate matter(PM_2.5) in the atmosphere. However, the simulations of SOA, which could help to elucidate the detailed mechanism of SOA formation and quantify the roles of various precursors, remains unsatisfactory, as SOA levels are frequently underestimated. It has been found that the performance of SOA formation models can be significantly improved by incorporating the emission and evolution of semivolatile and ...     

二次有机气溶胶估算方法研究进展

我国区域复合污染日趋严重,二次有机气溶胶(SOA)是细颗粒物PM2.5的重要组成之一.本研究总结了当前国内外定量估算SOA的主要方法,包括EC示踪法、WSOC法、受体模型法、示踪物产率法、数值模拟法等.通过对各种方法的原理介绍与比较,指出1)EC示踪法、WSOC法、受体模型法简单易行,与在线连续观测数据结合可估算高时间分辨率的SOA浓度,但受限于对当地源谱和特定物种的了解;2)示踪物产率法虽分析技术难度高,但可针对不同来源的SOA估算;3)数值模拟可获得大尺度SOA的空间分布.针对国内外的最新研究成果进行简单概述,不同方法的研究表明中国二次有机气溶胶是总有机气溶胶的重要部分,人为源VOCs对二次有机气溶胶发挥着重要贡献.本文旨在为未来我国二次有机气溶胶的研究提供基础信息和研究思路.     

广州市夏季VOCs对臭氧及SOA生成潜势的研究

2016年7月在广州城区开展了27d的大气VOCs在线监测,共得到73种VOCs,总浓度均值为40.07×10^-9.其中烷烃占比55.17%,芳香烃占比15.42%,烯烃占比12.14%,氯代烃占比8.79%,乙炔占比3.97%,OVOC占比3.72%,乙腈占比0.79%.采用臭氧生成潜势（OFP）和OH自由基消耗速率估算了广州城区夏季VOC大气化学反应活性,结果表明芳香烃和烯烃是最主要的活性物种;VOCs的关键活性组分是甲苯、反-2-戊烯、间/对二甲苯、1,3-丁二烯、异戊二烯等.采用气溶胶生成系数法（FAC）估算了VOCs对二次有机气溶胶（SOA）的贡献,结果显示芳香烃、烷烃、烯烃分别占总SOA生成潜势量的95.54%、2.5%、1.95%,甲苯、间/对二甲苯、乙苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯是对SOA生成贡献最大的前5个物种.     

重庆市夏秋季VOCs对臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的估算

为估算重庆市夏秋季VOCs（挥发性有机物）对O₃和SOA（二次有机气溶胶）的生成潜势,利用在线GC-MS/FID在2015年8月22日-9月23日对重庆市区点和郊区点VOCs开展了为期一个月的实时观测,获得市区点和郊区点$ \varphi $（TVOCs）（总挥发性有机物）分别为41.35×10-9和22.72×10-9,其中市区点以烷烃（35.2%）和烯炔烃（25.2%）为主,郊区点以含氧挥发性有机物（oxygenated volatile organic compounds,OVOCs）（30.6%）和烷烃（26.0%）为主.结合最大增量反应活性量化市区点和郊区点VOCs的OFPs（臭氧生成潜势）分别为149.11×10-9和71.09×10-9,市区点OFPs最大的是乙烯、丙烯、甲苯、C8和C9的芳香烃等,郊区点OFPs最大的VOCs是丙烯醛、异戊二烯和甲基乙烯基酮.结合气溶胶生成系数量化郊区点和市区点VOCs对SOA的生成贡献分别为0.36和1.26 μg/m3,相比国内其余城市VOCs的SOAP（二次有机气溶胶生成潜势）较小,主要以甲基环己烷、正壬烷、正葵烷和十一烷等高碳烷烃,以及甲苯、苯、二甲苯和乙苯等芳香烃的SOAP为主.研究显示,控制烯炔烃和芳香烃的浓度有助于控制重庆市O₃的生成,控制高碳烷烃和芳香烃则有助于控制重庆市SOA的生成.      

大气颗粒态有机硝酸酯的转化机制、测量技术及应用

大气中的颗粒态有机硝酸酯是连接挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NO_x）、二次有机气溶胶（SOA）及臭氧的关键物质,总结了近10年国内外对颗粒态有机硝酸酯来源、形成机制、测量分析方法、浓度水平等方面的研究,描述了现有大气化学框架下有机硝酸酯的大气转化机制,梳理了测量有机硝酸酯的离线、在线方法及其优缺点,总结了应用不同测量技术对环境大气中颗粒态有机硝酸酯的实测结果,提出了当前有机硝酸酯研究在测量技术、机理研究和观测尺度等方面的薄弱环节,并对其未来研究方向进行了展望.     

Review of the influencing factors of secondary organic aerosol formation and aging mechanism based on photochemical smog chamber simulation methods

The formation and aging mechanism of secondary organic aerosol (SOA) and its influencing factors have attracted increasing attention in recent years because of their effects on climate change, atmospheric quality and human health. However, there are still large errors between air quality model simulation results and field observations. The currently undetected components during the formation and aging of SOA due to the limitation of current monitoring techniques and the interactions among multiple SOA formation influencing factors might be the main reasons for the differences. In this paper, we present a detailed review of the complex dynamic physical and chemical processes and the corresponding influencing factors involved in SOA formation and aging. And all these results were mainly based the studies of photochemical smog chamber simulation. Although the properties of precursor volatile organic compounds (VOCs), oxidants (such as OH radicals), and atmospheric environmental factors (such as NO_x, SO₂, NH₃, light intensity, temperature, humidity and seed aerosols) jointly influence the products and yield of SOA, the nucleation and vapor pressure of these products were found to be the most fundamental aspects when interpreting the dynamics of the SOA formation and aging process. The development of techniques for measuring intermediate species in SOA generation processes and the study of SOA generation and aging mechanism in complex systems should be important topics of future SOA research.     

正壬基环己烷与OH自由基反应产物的GC-MS检测研究

机动车尾气排放,其中很大一部分是链状烷烃,它与环境空气中的大气氧化剂(O3、OH自由基、NO3自由基、Cl等)发生反应,其产物最终能够形成二次有机气溶胶(SOA),但目前对链状烷烃的氧化机理还不清楚。模拟OH自由基与正壬基环己烷反应,建立链状烷烃与OH自由基反应产物的分析方法,并对其反应机制进行初步研究。结果显示,C15烷烃与OH自由基在O2存在的条件下,首先反应生成了一系列的醛或醇,然后进一步反应,碳链断裂生成了多官能团含氧小分子等SOA前体物。     

深圳市商业厨房排放非甲烷碳氢化合物污染特征研究

随着我国餐饮业的快速发展,餐饮源逐渐成为城市大气非甲烷碳氢（NMHCs）的主要来源之一.因此,深入研究餐饮源NMHCs的排放特征是餐饮业科学减排的重要基础.本研究采集了深圳市6类典型餐馆（西式快餐、茶餐厅、职工食堂、湘菜馆、浙菜馆和家常菜馆）排放的NMHCs,并分析了其相应的排放特征、排放因子（EF）、臭氧生成潜势（OFP）和二次有机气溶胶生成潜势（SOAp）.结果显示,6类餐馆排放NMHCs中,茶餐厅、家常菜馆和浙菜馆排放的烷烃浓度最高,而西式快餐和职工食堂排放的烯烃浓度最高,湘菜馆油烟中烷烃和烯烃浓度相近.采用灶台数及用油量作为EF的核算基准,结果显示西式快餐和职工食堂的EF较高.餐饮排放的NMCHs中乙烯、丙烯、1,3-丁二烯、间/对二甲苯、甲苯及癸烷的OFP最高,而环己烷、正庚烷、正辛烷和正癸烷则具有较高的SOA生成潜势.此外,甲苯和苯不仅具有高的O₃生成潜势,还对SOA的生成有明显贡献,是油烟中值得重点关注的污染物.     

典型橡胶制品业VOCs排放特征及对周边环境影响

选取衡水市3家典型橡胶制品企业作为研究对象,通过GC-MS/FID对其VOCs排放特征进行研究,并运用最大增量反应活性系数（maximum incremental reactivity,MIR）和气溶胶生成系数（fractional aerosol coefficient,FAC）分别对其臭氧生成潜势（ozone formaiton potential,OFP）和二次有机气溶胶（secondary organic aerosol,SOA）生成潜势进行评估.结果表明,橡胶制品行业的VOCs排放种类主要包括烷烃类、酮类、醛类、醇类和苯系物等.对于传统的只有炼胶工艺和硫化工艺的橡胶制品企业,其特征污染物主要为酮类和醇类,而对于涉及涂胶工艺和喷漆工艺的橡胶制品企业来说,其特征污染物为苯系物.对典型生产工艺的臭氧和SOA的生成潜势进行了评估：臭氧影响方面,对于不涉及涂胶和喷漆工艺的橡胶制品企业,臭氧生成贡献主要来自于含氧烃,对于涉及涂胶和喷漆工艺的企业,由于胶黏剂和漆料等有机溶剂的大量使用,苯系物对臭氧生成的贡献还是要远远大于其它VOCs物种,占到了VOCs总贡献的82.9%;SOA影响方面,橡胶制品企业的SOA贡献基本全部来自于苯系物,其中炼胶和硫化环节的贡献非常小,SOA贡献的主要来源是涂胶和喷漆环节,其中又以喷漆环节的贡献最大.因此,对于只有炼胶和硫化等工艺的传统橡胶制品企业,应优先控制含氧烃的排放,而对于涉及涂胶和喷漆等工艺的橡胶制品企业,应优先控制苯系物的排放.     

复合污染条件下人为源VOCs的SOA生成研究进展

大气细颗粒物(PM_2.5)仍是我国空气质量持续改善的重大挑战.近年来,二次有机气溶胶(SOA)对PM_2.5的贡献日益凸显.因此,深入认识复合污染条件下SOA生成机制和影响因素可以为进一步降低PM_2.5提供重要理论依据.实验室模拟是深入认识SOA生成机制的关键途径,也是模式模拟参数化方案的可靠来源之一.主要综述了我国多污染物共存条件下典型人为源挥发性有机物(VOCs)的SOA生成研究进展,包括汽油蒸气VOCs、生物质燃烧VOCs和含氧VOCs形成SOA过程中,前体物浓度、芳香烃含量、无机气体、种子气溶胶和相对湿度(RH)等不同因素对SOA生成的影响;阐述了实际大气VOCs的SOA生成潜势及其影响因素,最后提出了目前在SOA机制研究方面存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

典型钢铁企业VOCs污染特征及SOA生成潜势估算

为了解钢铁企业的大气污染特征,使用在线监测仪器于2016年7月对某典型钢铁企业VOCs（挥发性有机化合物）、PM_2.5和NMHC（非甲烷烃）等污染物进行观测,同时基于FAC（气溶胶生成系数）估算了该区域的SOA（二次有机气溶胶）生成潜势.结果表明:观测期间ρ（总VOCs）为（106.08±63.81）μg/m3,与ρ（NMHC）（以C计）的相关系数（R2）达到了0.8（P < 0.05）以上;VOCs中主要类别为烷烃和芳烃;ρ（O₃）超标期间的ρ（苯）和ρ（甲苯）分别比ρ（O₃）未超标时间段高47.0%和37.2%,并且高ρ（总VOCs）期间芳烃占比高达46.0%,这可能与钢铁企业在炼焦时苯系物（苯、甲苯和二甲苯）排放有关.ρ（总VOCs）、ρ（NMHC）、ρ（烷烃）、ρ（芳烃）和ρ（乙炔）均呈早晚高峰值的日变化特征,而ρ（烯烃）由于异戊二烯受天然源排放影响,呈午间单峰值的特征.观测期间的SOA生成潜势为2.54 μg/m3,较城区高出76.4%,显示钢铁企业SOA对PM_2.5具有一定贡献;其中芳烃对SOA生成贡献高达97.2%,主要贡献组分包括苯、间/对-二甲苯、乙苯、苯、邻-二甲苯.研究显示,钢铁企业VOCs污染治理应重点控制苯系物,同时烷烃的排放也不容忽视.      

大气中挥发性有机物(VOCs)对二次有机气溶胶(SOA)生成贡献的参数化估算

大气中二次有机气溶胶(SOA)是PM25中的重要组成部分,挥发性有机物(VOCs)的光化学氧化是其主要来源之一.从VOCs转化生成SOA的过程非常复杂,参数化方法是一种相对简化的估算方式,可以用于区分不同VOCs物种对SOA生成的贡献.本文介绍了基于二产物和基于挥发性分级两种常用的参数化估算方法,并总结分析文献报道的SOA估算结果.文章中也指出现在的参数化估算还存在一些问题,如何准确量化VOCs向SOA的转化过程将是大气化学未来的重要研究工作.     

长沙大气中VOCs研究

应用大气采样罐采样技术和色谱-质谱联用（GC-MS）技术,对2008年长沙市大气中76种挥发性有机物（VOCs）的组分及其质量浓度水平进行测试,比较了各组分对臭氧产生的影响潜势,同时对其主要来源进行简单分析.结果表明,长沙大气总VOCs在上午和下午的浓度分别是38.4×10-9（体积分数）和22.7×10-9（体积分数）,下午大气中VOCs浓度显著低于上午;季节变化呈现VOCs冬季浓度远高于夏季VOCs浓度,组分中以卤代烃最高,烷烃、芳烃次之,烯烃最低,OH消耗速率最高的物质是间、对二甲苯（10.71×10-9 C,碳单位体积比,下同）;其次为1,2,4-三甲苯（6.04×10-9 C）和1,3,5-三甲苯（2.23×10-9 C）.芳烃对大气O3生成贡献最大（66%）,其次是烯烃（26%）,烷烃最低（8%）.高浓度的异戊烷和丙烷说明了机动车排放和液化石油气是VOCs来源之一,苯/甲苯的特征比值接近0.8,远高于机动车尾气排放特征比值0.5;说明溶剂和涂料挥发是其主要来源之一.     

Reviews of emission of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) in Asia

Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) in the atmosphere play important roles in the formation of ground-level ozone and secondary organic aerosol (SOA) in global scale and also in regional scale under some condition due to their large amount and relatively higher reactivity. In places with high plant cover in the tropics and in China where air pollution is serious, the effect of BVOCs on ozone and secondary organic aerosols is strong. The present research aims to provide a comprehensive review about the emission rate, emission inventory, research methods, the influencing factors of BVOCs emissions, as well as their impacts on atmospheric environment quality and human health in recent years in Asia based on the summary and analysis of literatures. It is suggested to use field direct measurement method to obtain the emission rate and model method to calculate the emission amount. Several recommendations are given for future investigation and policy development on BVOCs emission.     

氨对甲苯二次有机气溶胶形成和化学组分的影响研究

氨(NH_3)是大气中常见的主要碱性污染气体,能够影响二次有机气溶胶(SOA)的形成和化学组分.本文利用自制的烟雾腔系统开展了NH_3对甲苯SOA形成和化学组分的影响研究,先后采用扫描移动粒径谱仪(SMPS)、气溶胶激光飞行时间质谱仪(ALTOFMS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)和荧光光谱仪(MF)测量反应产生的SOA粒子的物理化学性质.结果显示,在光照60 min的时间范围内,有NH_3条件下形成的SOA质量浓度和中心粒径相比于无NH_3条件下分别增加了50%和25%,这说明NH_3能够显著促进甲苯SOA的形成.与无NH_3条件下相比,NH_3存在时甲苯SOA化学组分的紫外可见吸收光谱在270 nm处有明显的吸收峰;红外吸收光谱出现了CN、C—N、N—H键的吸收峰;激光解吸附质谱图中含有m/z=67(C_3H_3N_2~+)、m/z=41(C_2H_2N~+)和m/z=28(CH2N+)碎片峰.这些谱图信息综合表明是NH_3和甲苯SOA中的二醛组分反应形成了咪唑类新产物.这为研究人为源SOA的形成机制提供了实验依据.     

Competing esterification and oligomerization reactions of typical long-chain alcohols to secondary organic aerosol formation

Organosulfate (OSA) nanoparticles,as secondary organic aerosol (SOA) compositions,are ubiquitous in urban and rural environments.Hence,we systemically investigated the mechanisms and kinetics of aqueous-phase reactions of 1-butanol/1-decanol (BOL/DOL) and their roles in the formation of OSA nanoparticles by using quantum chemical and kinetic calculations.The mechanism results show that the aqueous-phase reactions of BOL/DOL start from initial protonation at alcoholic OH-groups to form carbenium ...     

植物释放挥发性有机物(BVOC)向二次有机气溶胶(SOA)转化机制研究

利用自制玻璃生态罩,研究植物挥发性有机物（BVOC）的释放机制.在紫外光诱导条件下,BVOC经历一系列的光氧化反应,最终产生了二次有机气溶胶（SOA）.运用固相微萃取（SPME）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术,对目标植物（驱蚊草）释放出的BVOC进行采样分析,共检测出7种主要化合物,其中主要为单萜类、倍半萜类、醇类和酮类物质.研究发现,在紫外光的照射下,这些BVOC可以发生光氧化反应转化为SOA.利用串联差分淌度分析仪（TDMA）测定SOA的粒径分布和SOA颗粒物的吸湿性.结果表明粒径范围大致是50～320 nm,吸湿性研究发现这些SOA具有吸湿性,生长因子可以从1.05增长到1.11.     

长江三角洲2017年机动车IVOCs排放清单构建及其对SOA的生成影响

中等挥发性有机物（IVOCs）对大气中二次有机气溶胶（SOA）的生成有重要贡献,但尚未包括在目前的排放清单中.本研究以长三角地区为研究对象,分别基于排放因子法和IVOCs/POA比例系数法对长三角地区2017年机动车IVOCs的排放量进行估算,构建长三角地区2017年机动车IVOC排放清单,分析其不确定性并估算其对SOA生成潜势的影响.基于排放因子法的结果表明,2017年长三角地区机动车IVOCs排放总量为3.58万t,SOA的生成潜势为695 t,其中载货汽车的IVOCs排放量在长三角大部分城市的占比均超过70%;从燃料类型来看,柴油车的IVOCs排放量远高于汽油车.基于IVOCs/POA比例系数法的结果表明,由不同的IVOCs/POA比例以及不同的POA/PM_2.5占比得到的排放清单结果差别巨大,最大值可达64.2万t,最小仅为5.2万t,造成的SOA生成潜势分别为1.55万t和1032 t.本研究表明基于不同的估算方法构建的IVOCs排放清单结果差别巨大,具有很大的不确定性,将直接影响后续空气质量模型对SOA的模拟结果.因此,需进一步将不同清单结果用于空气质量模型中对SOA进行模拟,通过与观测值的比较,从而获得较为准确的长三角地区机动车IVOCs排放清单.     

煤化工产业园区挥发性有机物污染特征及其对大气复合污染的贡献

为研究煤化工产业园区挥发性有机物(VOCs)污染特征及其对大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧(O₃)的贡献,本研究于2021年夏季利用气相色谱/质谱联用仪在某大型煤化工产业园区开展了环境空气115种VOCs的在线监测研究,分析了VOCs的浓度水平、组成特征、日变化特征、潜在来源及其对O₃和PM_2.5中二次有机气溶胶(SOA)的生成贡献. 结果表明:①观测期间,园区站点VOCs的平均体积分数为89.32×10?9±50.57×10?9,显著高于该园区所在城市的城区站点VOCs浓度水平. ②含氧VOCs (OVOCs)是该园区VOCs的主要特征污染物,占总VOCs体积分数的48.2%,乙醇、丙醛和甲醛是体积分数排名前三的物种. ③VOCs的臭氧生成潜势(OFP)为595.64 μg/m3,各组分对O₃贡献潜势的大小表现为OVOCs>烯烃>芳香烃>烷烃>卤代烃>含硫VOC>炔烃. OFP排名前十的物种均为OVOCs、烯烃和芳香烃,其中丙醛对OFP的贡献占比最高,占总OFP的22.2%. ④间/对-二甲苯、邻二甲苯和乙苯等苯系物对二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)的贡献突出,其中间/对-二甲苯的SOAFP最大,占总SOAFP的29.6%,主导了SOA生成. 研究显示,煤化工产业园区中丙醛和甲醛等OVOCs、顺-2-丁烯等烯烃以及间/对-二甲苯与邻二甲苯等芳香烃对大气复合污染贡献较大,是开展PM_2.5和O₃污染协同控制重点关注的物种.