用于模拟SOA形成的烟雾腔的构造和表征

为研究二次有机气溶胶的形成机理,设计制造了一种用于模拟二次有机气溶胶的形成过程烟雾腔实验系统,该系统主要包括样品进样系统,模拟反应系统即烟雾腔系统和产物检测系统三个部分,具有实时在线检测、效率高等优点。利用该实验装置模拟开展大气中含量较高的芳香烃化合物光氧化产生二次有机气溶胶的过程,使用TSI3321空气动力学直径测量系统、气溶胶飞行时间质谱等多种检测手段对二次有机气溶胶的形成进行表征。空白实验和羟基启动的光氧化实验结果表明烟雾腔内的气溶胶粒子是在黑光灯辐照下·OH自由基启动反应物光氧化产生的。实验结果表明研制的烟雾腔系统可以很好地实现对二次有机气溶胶形成过程的模拟和表征。     

光化学烟雾箱的表征及初步应用

介绍了一套自制的用于光化学臭氧和二次有机气溶胶生成研究的室内烟雾箱系统,对该烟雾箱系统进行了一系列表征实验,包括活性物种的壁损失速率常数的测定,以及由CO-NOx光氧化实验确定的反应器内·OH源,并进行了乙烯-NOx和苯-NOx光氧化的初步实验.结果表明,O3和NO2在新反应袋中壁损失受湿度影响很小,而在旧反应袋中影响...     

大气模拟烟雾箱中HONO的表征

NO2与H2O在烟雾箱表面生成HONO的异相反应是导致烟雾箱实验数据不确定性增加的主要原因之一,因此.必须对该反应进行表征.本研究采用烟雾箱实验与箱式模型模拟相结合的方法,确定实验系统特有的HONO释放速率.实验在室内烟雾箱实验系统完成,通过NO、NO2沉积实验获得的气态反应物在烟雾箱壁面(Teflon膜)上的沉积速率分别为0.0026 h-1及0.0025 h-1;光解实验得到NO2的光解速率为0.21min-1,在此基础上利用量子产率、吸收截面积、光谱分布计算出其它6个光解反应的速率常数.将实验获取的速率常数与CB-Ⅳ反应机理联合使用建立箱式模拟系统,利用c0一NO实验数据对模拟参数进行优化,得到该系统的HONO的释放速率为1.65×10-5cm3·mol-1·s-1.由此提供了一种表征实验与箱式模型联合使用确定烟雾箱系统HONO释放速率的有效方法.     

国外环境烟雾箱及其应用研究

概述了国外环境烟雾箱的定义、分类、壁效应、特性表征及国外环境烟雾箱及其应用研究。结果表明,国外环境烟雾箱的材料主要为Teflon FEP;室内烟雾箱体积较小但模拟条件可控性较强,室外烟雾箱体积大而模拟条件可控性较弱;多数烟雾箱的功能单一,不可移动,不能到达现场进行具有区域针对性的模拟研究,更不能开展人体暴露和建筑装饰装修材料中有害物质释放规律研究;每个环境烟雾箱都配备了先进的分析仪器如激光诱导荧光等;主要开展光化学烟雾机制机理、二次有机气溶胶的形成和新增痕量气体的大气化学行为等方面的研究。因此,建议未来我国建设的环境烟雾箱应根据不同科研目的,拓展其应用功能;制定环境烟雾箱应用研究战略,系统研究我国大气灰霾污染形成和对人体健康影响的机制机理,为我国全面防控区域大气污染的战略决策提供科学支持     

乙醇燃料排气对大气中臭氧形成的影响

1 引言汽车尾气是大气中主要污染物之一,它对臭氧形成的影响有过许多讨论。近来在寻找代替汽油做为汽车燃料方面,乙醇(酒精)引起人们的极大注意。在不久的将来,酒精作为汽车燃料,可能会盛行起来。所以对酒精燃料排放物通过光化反应时对大气的影响进行基础研究是很重要的。在这项研究中,通过烟雾箱试验,研究了乙醇和醛的臭氧形成过程,并设计出了能解释反应途径的模型,然后用该模型     

烟雾箱与数值模拟研究苯和乙苯的臭氧生成潜势

结合光化学烟雾箱实验与数值模拟研究了苯和乙苯在NO x存在条件下的光氧化臭氧生成潜势.重复实验表明,在乙苯-NO x反应体系中,反应物初始浓度、温度、湿度和光照强度接近的条件下,整个反应过程中臭氧的最大偏差仅为4%,证明了烟雾箱的可重复性较高.在烟雾箱实验的基础上,使用MCM(master chemical mechanism)模拟了苯和乙苯的光氧化O3生成,并将其结果与实验数据进行了比对分析.干燥(≤5%)时MCM对苯和乙苯的模拟结果与实验结果较接近,如在苯-NO x反应体系中,MCM模拟的O3峰值比实验值偏大20%;在湿度为5%~70%时,MCM模拟的乙苯光氧化O3峰值与实验值偏高约(10%~25%).用MCM模拟了太阳光照条件下苯和乙苯的臭氧生成等值线,得到在它们浓度为(10~50)×10-9,NO x在(10~100)×10-9时,苯和乙苯的6 h臭氧贡献值分别为(3.1~33)×10-9和(2.6~122)×10-9,臭氧峰值范围分别是(3.5~54)×10-9和(3.8~164)×10-9.此外,模拟得到苯和乙苯的最大增量反应活性(maximum incremental reactivity,MIR)值分别为0.25/C和0.97/C(每单位碳).该结果与Carter通过SAPRC机制得到的MIR值趋势一致.模拟得到苯和乙苯的最大臭氧反应活性(maximum ozone reactivity,MOR)分别为0.73/C和1.03/C.苯的MOR值远高于Carter使用SAPRC得到的结果,说明根据Carter得到的苯MOR会低估苯的O3潜势.     

大气模拟烟雾箱系统的研究进展

烟雾箱是研究大气光化学反应的主要工具.30年来国内外有多个研究机构建立了烟雾箱,并对各种光化学反应进行了研究,以收集数据来发展和检验大气光化学反应机理.从系统构造、配置仪器及所进行的光化学实验几个方面,综述了国内外烟雾箱系统的研究进展,其中背景影响较小的烟雾箱能为评价化学反应机理提供精度较高的数据,二次有机气溶胶(secondary organic aerosol,SOA)的形成机理成为目前的研究热点.     

光化学烟雾模拟实验系统

为开展光化学污染成因的敏感性分析,设计和建立了目前国内唯一的大型光化学烟雾模拟实验系统．该系统主要包括烟雾箱系统、空气充填置换系统、采样测试系统和记录显示控制系统等4个分系统．与国内外同类型实验系统相比,该系统具有烟雾箱在实验过程中受光均匀、换气系统快捷、效率高以及可实现两箱对比实验等特色．利用实验系统开展了光化学污染过程的模拟实验,得到了典型的污染特征．进行了同等条件的两箱对比实验,实验结果完全一致,表明该实验系统能够开展基于对比实验的敏感性分析研究,从而为进一步针对北京实际开展光化学污染的模拟研究奠定了良好的基础．     

小型室内烟雾箱的设计和搭建

研究针对模拟大气真实颗粒物的非均相反应,设计搭建了包括有烟雾箱、空气置换系统、空气过滤系统、气体发生装置的烟雾箱反应系统。测试结果表明,通过水浴热解多聚甲醛可以稳定发生不同浓度的甲醛气体。甲醛在烟雾箱中的壁效应(一级反应速率)约为0.01/min,颗粒物的壁效应随颗粒物初始数浓度的不同而有所差异。颗粒物过滤器对颗粒物(粒径范围为0.35~22.5μm)的去除效率大于99%。溶蚀器构型采用固体环形溶蚀器,其中,KOH溶蚀器对二氧化氮的去除效率约为90%;而硅胶溶蚀器和KI溶蚀器对气态水和臭氧的去除效率相对较低,分别为45%和67%。     

仲丁醇对苯乙烯臭氧化反应生成二次有机气溶胶的影响:实验和模型研究

通过烟雾箱实验,研究了仲丁醇对苯乙烯臭氧化反应生成二次有机气溶胶(SOA)的影响.结果发现,在烟雾箱实验中,过量仲丁醇的加入导致生成SOA的产率明显下降.同时,结合MCM气相机理和气-粒分配理论,将Criegee中间体与醛类的双分子反应添加到箱式模型中模拟烟雾箱中SOA的生成过程.模拟结果表明,在没有仲丁醇存在的情况下,次级臭氧化物在SOA组分中占1/2左右的比例.仲丁醇的加入消耗了大量的·OH,同时使得[HO_2]/[RO_2]比值升高,影响自由基相关的反应机制,使得SOA产率下降.另外,研究发现,Criegee中间体与醛类反应的速率常数也是影响SOA生成模拟的一个重要参数,需要进一步开展相关的动力学实验和理论研究.     

甲烷光氧化反应速率常数及其在大气中的寿命

应用具有分析系统的、可抽真空的烟雾箱进行甲烷在空气中光化学反应的模拟研究。详细研究了CH₄空气及CH₄－O3－空气两个体系的光化学反应,描绘了反应物和产物的浓度随时间变化曲线,得到甲烷的光化学氧化具有准一级反应特性的结论,证明了O₃的加入可加速甲烷的衰减。定量地测定了甲烷衰减的表观速率常数,并根据实验数据推算了甲烷在大气中的寿命。     

酸性硫酸铵种子气溶胶对甲苯二次有机气溶胶形成和组分的影响研究

酸性硫酸铵是中国城市大气中常见的亚微米气溶胶颗粒,它在二次有机气溶胶（SOA）的形成中起着至关重要的作用.本文利用自制的烟雾腔系统开展了酸性硫酸铵种子气溶胶对甲苯SOA形成和化学组分的影响研究,采用PM_2.5粒子检测仪、高效液相色谱质谱仪和紫外-可见分光光度计测量反应产生的SOA粒子的浓度和组分.实验结果表明,酸性硫酸铵种子气溶胶能够显著促进甲苯SOA的形成.相比于没有种子气溶胶存在时,甲苯SOA中检测到的羧酸组分,甲苯光氧化产生的二醛化合物在酸性硫酸铵颗粒表面上发生非均相反应产生的咪唑类化合物是酸性硫酸铵种子气溶胶存在时甲苯SOA的主要组分.气相二醛化合物能在高浓度酸性硫酸铵种子气溶胶表面快速发生非均相酸催化反应产生咪唑类产物.这为研究高浓度酸性无机细粒子背景下,大气咪唑类含氮有机物棕色碳的形成机制研究提供了实验依据.     

油轮装船过程中逸出挥发性碳氢化合物的危害及其估算方法

过去几十年中,有关环境保护工作者的主要精力放在溢油的防范措施、油轮压舱水处理等方面,却忽略了油类对大气环境的污染——油轮装油过程中逸出的挥发性碳氢化合物(VHCs)。美国科学家们在最近调研了全美油码头和油船后惊奇地发现,由这种途径排入大气中的VHCs的数量竟是汽车尾气排入大气中VHCs总数量的十分之一,而且也是造成局部地区臭氧烟雾的主要原因之一。     

氨与甲苯SOA形成含氮有机物的影响因素研究

利用自制的烟雾腔系统使臭氧光解产生OH自由基,启动甲苯光氧化产生二次有机气溶胶（SOA）粒子,在不同的实验条件下研究甲苯SOA与氨反应形成的含氮有机物,并采用紫外-可见分光光度计测量反应产物溶液在205和270nm处的吸光度,探究光照时间、甲苯、氨、臭氧浓度和相对湿度等环境因素对含氮有机物形成的影响规律.结果表明,有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着紫外光照时间的延长,甲苯、氨和臭氧的浓度的增加而逐渐增大.但是当臭氧浓度超过一定值后,光解生成的高浓度OH自由基能够使甲苯光氧化产物变成更多的挥发性化合物,从而不利于含氮有机物的生成.水分子的增加会使臭氧光解产生的OH自由基浓度减少,从而导致有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着相对湿度的增大而降低.这为研究人为源SOA颗粒中含氮有机物棕色碳的形成提供了实验依据.     

NO3自由基与3种环醚的大气化学反应动力学研究

在自制的大气反应烟雾箱模拟实验装置中,利用相对速率法研究了3种工业常用溶剂四氢呋喃、1,3-二氧五环、1,4-二氧六环与NO3自由基在298 K±1 K和1.01×105 Pa条件下的反应,目的是通过了解这些挥发性有机化合物（volatile organiccompounds,VOCs）在大气中的降解反应动力学来评估这些化合物对环境可能造成的影响.利用配有氢火焰离子化检测器（FID）的气相色谱（GC）检测反应物浓度变化,测得NO3自由基与四氢呋喃的反应速率常数为（5.36±1.93）×10-15cm3·（molecule·s）-1,与文献报道值在误差范围内非常吻合,验证了实验装置和实验方法的可靠性.实验首次测定了298 K±1K和1.01×105 Pa条件下1,3-二氧五环以及1,4-二氧六环与NO3自由基反应的速率常数,分别为（1.84±0.70）×10-15cm3·（molecule·s）-1和（3.20±0.67）×10-16 cm3.（molecule·s）-1.利用所测反应速率常数估算这些化合物在大气中的平均寿命都在1 d甚至十几d,因此,其排放可能会对区域大气环境产生一定的影响.     

甲烷光化学反应机理模式模拟研究

应用可抽真空的、带有LP－FTIR的光化学烟雾箱进行甲烷光化学反应机理模式模拟。大气压下,在烟雾箱中进行CH₄－空气和CH₄－O₃－空气体系的实验。基于实验数据,应用PKSS模式计算甲烷光化学反应的机理,计算的反应机理与实验数据吻合。     

空气质量和气溶胶研究室简介

中国环境科学研究院大气环境研究所空气质量和气溶胶研究室是中国环境科学研究院最早成立的研究室，拥有国际一流、国内领先的实验设备和高水平的研究人员，其中包括先进的污染气体自动采集分析装置、全套气溶胶发生、标定、采集和分析系统、污染源气体和烟尘自动采集系统、机动车排放颗粒物采集系统、低空大气污染物和降水分层采集系统、带有长光路傅立叶红外气体分析装置的光化学烟雾箱实验模拟系统、负离子和空气净化效果分析检测系统、降水和云水采集系统等。该研究室主要从事空气质量和气溶胶的科学研究、地面和空中大气污染物现场监测…     

空气质量和气溶胶研究室简介

中国环境科学研究院大气环境研究所空气质量和气溶胶研究室是中国环境科学研究院最早成立的研究室，拥有国际一流、国内领先的实验设备和高水平的研究人员，其中包括先进的污染气体自动采集分析装置、全套气溶胶发生、标定、采集和分析系统、污染源气体和烟尘自动采集系统、机动车排放颗粒物采集系统、低空大气污染物和降水分层采集系统、带有长光路傅立叶红外气体分析装置的光化学烟雾箱实验模拟系统、负离子和空气净化效果分析检测系统、降水和云水采集系统等。该研究室主要从事空气质量和气溶胶的科学研究、地面和空中大气污染物现场监测…     

光氧化反应脱汞技术发展综述

燃煤电厂烟气中汞污染的控制技术研究是目前重要的环保课题之一。气相元素汞成为大气中汞污染的主要来源。文章分析了光氧化反应脱汞技术(包括光化学氧化反应和光催化氧化反应)的反应机理,认为光化学氧化反应技术脱汞均是在紫外光作用下,产生具有强氧化性的基态原子或自由基,将难以脱除的Hg0氧化为高价汞,再通过配套的电除尘器等设备将高价汞捕集,进而达到汞污染控制的目的。不同的是,在光化学氧化反应中,汞的氧化需要借助于电厂烟气中的O2、H2O等成分,而在光催化氧化反应中,反应需要在光催化剂(TiO2或TiO2负载复合物等)的催化作用下进行。阐述了光氧化反应汞脱除技术研究进展。光氧化反应脱汞技术的汞脱除率均可达到60%~70%,具备设备简单、无二次污染等优点。     

硫酸铵细粒子对苯二次有机气溶胶光学特性的影响

苯系物光氧化产生的二次有机气溶胶(SOA)能够散射、吸收大气辐射,扰动区域气候变化.硫酸铵((NH₄)₂SO₄)是大气中常见的无机细粒子,其大的比表面积可作为半挥发性化合物凝结和反应中心,进而影响SOA的化学组分和光学特性.本文采用烟雾箱研究(NH₄)₂SO₄细粒子对苯SOA在200～600 nm范围内的平均质量吸收系数(mass absorption coefficient, MAC)的影响情况.实验结果表明,低浓度(小于100μg·m^-3)(NH₄)₂SO₄细粒子仅作为凝结核心,不会影响苯SOA的光学性质.高浓度(大于100μg·m^-3)(NH₄)₂SO₄细粒子对咪唑类吸光产物的形成有促进作用.苯SOA的MAC值随着(NH₄)₂SO