2016年冬末长江口及邻近海域海气CO2交换特征分析

基于2016年3月对长江口及邻近海域的调查,剖析该海域CO₂分压及相关参数的区域分布特征,估算其海-气界面CO₂的交换通量,并探讨了源/汇分布特征背后的物理机制。研究表明,调查区域海表pCO₂变化范围为321~575 μatm,整体呈现出近岸高、离岸低的分布趋势。至冬季末期,海表pCO₂分布主要受控于低温低盐高pCO₂的河口水与高温高盐低pCO₂的东海陆架水的水团混合影响,水体垂直混合作用对海表pCO₂影响不大。长江口及邻近海域冬季整体表现为大气CO₂的弱汇,通量值为-4.43±7.41 mmol/m2/d。从区域碳汇强度看来,近岸长江冲淡水区近乎与大气保持平衡,黄东海混合水区和台湾暖流区表现为大气CO₂的中/强汇,是冬季末期海洋吸收大气CO₂的主要贡献区域。     

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明：整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3~487.1μL/L和-0.4~-40.3μmol/（m²·s）,均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/（m²·s）.O₃浓度和通量的范围分别为4.6~116.6nL/L和-0.2~-20.7nmol/（m²·s）,均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/（m²·s）.CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO₂通量明显高于下午,上午O₃通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO₂和O₃通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO₂和O₃通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO₂和O₃通量的模拟.     

我国省域CO2-PM2.5-O3时空关联效应与协同管控对策

首先分析了2015～2019年我国省域CO₂排放量和大气PM_2.5、O₃污染浓度的时空特征及三者变化量之间的关联效果.而后利用排放因子法编制2011～2019年各省CO₂和PM_2.5、O₃前体物的排放清单,结合STIRPAT模型分情景预测了CO₂和PM_2.5、O₃前体物的协同效应,并建立评级体系识别重点管控区域并对其开展分部门的协同效应解析,最后提出分级协同管控对策.研究结果表明,53%的省份CO₂减排与PM_2.5浓度下降之间不存在关联效果,87%的省份CO₂减排与O₃浓度下降之间不存在关联效果.2012～2014年我国CO₂与PM_2.5具有协同效应,而2015～2019年则不具有该效应,另多数研究年份CO₂与O₃前体...     

基于多源碳卫星融合产品的中国地区XCO2与人为CO2排放时空变化

准确评估大气CO₂浓度和人为CO₂排放时空变化对于减缓温室气体排放导致的气候变化至关重要,因此,本文基于GOSAT和OCO-2卫星数据融合生成的全球长时间序列、时空连续的Mapping-XCO₂产品,研究2010～2020年中国大气CO₂柱浓度(XCO₂)时空变化特征以及卫星监测人为CO₂排放能力.结果表明:Mapping-XCO₂与中国大气本底站观测存在较高的一致性,具有良好的适用性;2010～2020年中国XCO₂呈现东高西低的空间分布,年均XCO₂为400.4×10^-6,年增长速率为2.47×10^-6;非生长季XCO₂异常可刻画人为CO₂排放时空变化,各省级行政区非生长季XCO₂异常与人为排放清单EDGAR和ODIAC的相关系数分别为0.71、0.67;2010～2020年京津...     

介质阻挡放电等离子体降解CF4

采用介质阻挡放电(DBD)等离子体技术降解强温室气体CF₄,考察了外加气体氧气(O₂)、空气、氩气 (Ar) 对DBD降解CF₄的影响. 结果表明:随着放电时间的延长,CF₄降解率升高. 3种外加气体条件下,CF₄的降解率依次为Ar>空气>O₂. 外施电压1 000 V,Ar条件下放电4 min,CF₄降解率可达98.2%,而O₂条件下CF₄降解率只有36.9%. 水汽对CF₄降解有一定抑制作用. 红外光谱检测结果表明,降解产物主要为CO₂,CO和COF₂.      

光生物反应器内CO2传输与微藻固碳性能强化

CO₂气体可为微藻光合作用提供必需的碳源,CO₂在藻液中的混合、溶解及传输特性显著影响了微藻的生长固碳.在微藻光生物反应器中,气泡在藻液中的生长、脱离、聚并、上升等动力学行为主要由气体分布器决定.本文以气体分布器为研究对象,研究在不同孔径及孔间距下对15%（V/V）CO₂气体在悬浮液中的气泡行为、CO₂溶解与混合特性以及对微藻生长固碳的影响.结果表明：气泡上升速度随气体分布器孔径及孔间距的减小而减小,导致CO₂气泡在藻液中停留时间增加,强化了CO₂溶解传输,CO₂体积传质系数提高了143%,混合时间降低了24%,最终使微藻生物质浓度提高18.8%,固碳速率提高23.2%.     

烟气中CO2/O2气氛对稻壳流化床热解制炭的影响规律

烟气常用作流化床热解的气体热载体,而烟气中低浓度的CO₂、O₂等成分对流化床热解制炭的影响少有报道。在自行搭建的小型流化床实验台上开展了不同气氛（不同N₂/O₂/CO₂体积比,简单模拟烟气氛围）下稻壳热解制备生物炭试验研究,获得了稻壳热解三相产物产率分布规律、稻壳生物炭工业分析特性基本特征,通过FTIR、BET手段分析了生物炭表面官能团及多孔结构变化情况,同时探究了不同O₂浓度下稻壳热解制炭能量转移特性。结果表明:提高O₂和CO₂浓度均有利于热解产物由固相向气相转移,会降低炭产率、降低生物炭中有机组分含量,但有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度;稻壳在低O₂浓度下热解能达到80%上的能耗比以及70%以上的能量回收率。     

青藏高原植被固定CO2释放O2的经济价值评估

基于研究区植被生产有机质的物质量,结合遥感和野外观测数据,利用生态经济学方法,测算了青藏高原近20年植被固碳释氧(固定CO₂释放O₂)的经济价值. 结果表明:青藏高原植被每年固定CO₂总量为28.1×108 t,释放O₂总量为20.8×108 t;青藏高原植被固碳释氧的总价值为15.6×1011 元/a,利用造林成本法估算植被固定CO₂的价值为7.3×1011 元/a,利用工业制氧法估算植被释放O₂的价值为8.3×1011 元/a;从不同植被类型来看,灌丛的服务价值贡献率最大,亚热带常绿针叶林的单位面积价值最高;在水平方向上,植被固碳释氧价值受降水和植被分布影响,自东南向西北逐渐降低;在垂直方向上,生态系统服务价值受地形影响较大.      

基于地基便携式FTIR的CO2与CH4柱浓度观测研究

地基傅里叶变换红外光谱技术(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)由于其具有高的时空分辨率、对地表大气浓度变化敏感等优点，已成为遥测温室气体柱浓度的重要技术。基于便携式的傅里叶变换红外光谱仪(EM27/SUN)采集的太阳光谱来反演北京市区CO₂与CH₄柱浓度。通过与高分辨率FTIR观测结果比对，验证了EM27/SUN观测的准确性和可靠性。同时利用正午观测的CO₂和CH₄柱浓度结果计算了CO₂与CH₄观测精度。其中CO₂的观测精度为0.16×10^-6,CH₄的观测精度为1.4×10^-9。最后，给出了CO₂与CH₄时间序列变化，CO₂与CH₄在观测期间的变化较为一致。该研究表明了便携式FTIR观测CO₂与CH     

NaOH修饰Ru/TiO2对CO2活化及甲烷化性能研究

采用溶胶-凝胶法合成NaOH修饰的Ru-TiO₂催化剂(Ru/NaOH-TiO₂),在对其详细结构表征后将其应用于CO₂甲烷化反应.活性测试结果显示,以Ru/NaOH-TiO₂催化剂进行CO₂甲烷化反应,在7 h反应时间内生成300.8μmol CH4,其产量相较于Ru/TiO₂提高了30.2%.CO₂-TPD、H2-TPR.FTIR等测试结果证实NaOH修饰能提高催化剂对CO₂的吸附和活化,从而有效提高其催化CO₂甲烷化效率.这一研究工作为提供高效CO₂转化催化剂提供了理论基础.     

三峡库区万州段典型干支流水华期CO2通量变化

三峡库区的CO₂排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO₂产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO₂产汇的影响。研究表明：干流、支流CO₂浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO₂浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO₂通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO₂浓度显著正相关。干流水体CO₂浓度与pH显著负相关,与DIC、DOC、NH⁺₄-N显著正相关;水气界面CO₂通量与NH⁺₄-N、CO₂浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO₂通量与各自表层水体CO₂浓度变化...     

长春市大气SO2、O3和NOx的变化特征及来源

为研究长春市采暖期大气污染物的污染水平及其随时间的变化特征,于2012年1—6月通过在线监测仪获取了大气中ρ(SO₂)、ρ(O₃)和ρ(NO_x),利用HYSPLIT(混合型单粒子拉格朗日综合轨迹模式)后向轨迹模型结合地面气象资料,初步分析了该市大气污染物的可能来源及传输过程. 结果表明:观测期间ρ(SO₂)和ρ(NO_x)的日均值分别为(25.0±21.6)和(54.4±34.0)μg/m3,ρ(O₃)最大8 h平均值为(85.0±26.2)μg/m3,ρ(SO₂)、ρ(NO_x)和ρ(O₃)的变化范围分别为2.3~131.0、17.6~183.7和31.0~173.3 μg/m3;其中ρ(O₃)日均值超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值的时间为2 d,ρ(SO₂)和ρ(NO_x)均未超过二级标准限值,但ρ(SO₂)日均值在采暖期超过GB 3095—2012一级标准限值的时间为23 d,占采暖期的24%. 采暖期ρ(SO₂)日变化为双峰型,峰值出现在06:00和20:00左右,而在非采暖期表现为单峰型,峰值出现在08:00左右;ρ(O₃)表现为单峰型,峰值出现在13:00─15:00;ρ(NO_x)在采暖期表现为双峰型,而在非采暖期表现为单峰型. 对观测期间72 h内HYSPLIT后向轨迹模拟结果和气象数据的分析表明,长春市大气污染主要受本地源的影响,偏西气流易对污染物造成积累,而偏东气流有利于污染物扩散.      

基于O3/UV法的消解终止自动确定方法

为了提高基于臭氧协同紫外（O₃/UV）法的COD在线监测装置的检测效率和检测精度,分析了不同水样在消解过程中二氧化碳气体生成浓度的变化率与有机物消解率之间的关系,提出了一种消解终止自动确定的检测方法.通过采集消解过程中各传感器的数据,基于使用滑动标准偏差法计算二氧化碳气体浓度变化率的标准差自动确定消解终止时间.对不同种类、不同浓度的有机物进行消解实验,发现在二氧化碳实时浓度的标准差小于0.003时,有机物基本消解完全,可认为达到反应终点.该方法不仅可用于COD的在线监测提高检测效率和检测精度,也对基于臭氧协同紫外（O₃/UV）法的废水处理具有指导意义.     

O3-NH3协同活性焦脱硫脱硝的均相预反应特性研究

为进一步提高活性焦脱硫脱硝性能,提出臭氧（O₃）预氧化协同喷氨（NH₃）的工艺优化思路.通过在固定床上开展相关均相反应实验,研究外部引入的O₃、NH₃对NO_x、SO₂的反应特性.结果表明,O₃对NO的氧化反应为逐级过程,随着O₃/NO物质的量比增大,O₃将NO依次氧化为NO₂和N₂O₅.O₃对SO₂的均相氧化作用十分有限,O₃/SO₂=1时SO₂氧化率低于5.0%.在O₃预氧化条件下喷入NH₃后,O₃/NH₃=1时约有6.7%的O₃消耗量;当O₃/NO=1时,预氧化产物NO₂含量显著下降,同时NO排放浓度小幅上升;当O₃/NO=1.5时,NO_x排放水平与未喷入NH₃条件时相当.在O₃和NH₃协同作用下,SO₂的氧化率显著提高,推测此时脱硫反应产物为更加稳定的NH₄HSO₄或（NH₄）₂SO₄.O₃-NH₃协同脱硫脱硝反应中,O₃/NO不超过1时,NH₃-NO₂和NH₃-SO₂反应同时发生,提高NH₃引入量能够同时提高脱硫率和脱硝率.O₃/NO > 1时,NH₃-N₂O₅反应优先级最高,N₂O₅对NH₃的消耗抑制了NH₃-SO₂脱硫反应发生.仅运用O₃预氧化和NH₃协同作用方式的脱硫脱硝效率较为有限,但对烧结烟气中氮、硫污染物的形态的改变产生重要影响.     

天津机场区域大气NO2及O3影响因子研究

在紧邻天津机场跑道的点位对机场区域大气常规污染物开展连续监测,应用广义加性模型（GAM）,针对2017年3月1日~2018年2月28日间的NO₂及O₃,识别其影响因子,并确定因子贡献率.选取因子包括环境因子（SO₂、NO、NO₂、O₃、CO、PM_2.5、PM₁₀、前一小时NO₂/O₃浓度）,气象因子（风向、风速、温度、露点温度、修正海压）及航空活动因子（起飞、着陆）.结果显示：机场区域NO₂日均值为17.6~123.6μg/m³,超标天数共计38d,占比约13%;O₃日均值为1.0~276.1μg/m³,超标天数占比26%,污染主要集中在夏季;环境因子是主要影响因子,累积贡献率在56%~89%;航空活动作为区域重要污染源,对大气NO₂、O₃存在一定影响,最高贡献率可达20%;气象因子相对贡献较低.全部GAM的Adj-R²为0.85~0.96,筛选的影响因子能够有效解释区域环境空气污染物浓度的变化.     

利用差分吸收光谱系统对O3，SO2和NO2的监测分析

结合我国对空气质量自动监测系统质量保证的要求及差分吸收光谱(DOAS)技术自身的技术特点,重点讨论了对南京江北地区的大气污染物的DOAS监测数据的质量控制, 并对2007年12月—2008年8月ρ(O₃),ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的日、季节变化特征进行了分析. 结果表明:ρ(O₃),ρ(SO₂)和ρ(NO₂)小时均值的频率分布峰值分别出现在30～40,20～30和30～40 μg/m3;三者超过《环境空气质量标准》(GB3095—1996)一、二级标准的频率分别为4.37%和1.02%(O₃),21.78%和0.89%(SO₂),5.65%和0 (NO₂);ρ(O₃)季节变化十分明显,春季最高;ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的日变化与局地排放源、大气扩散能力和人类活动密切相关;ρ(O₃)和ρ(NO₂)日变化呈负相关.      

山东省环境空气中PM2.5与O3的复合污染特征与时空变化趋势

山东省PM_2.5-O₃复合污染特征突出,空间差异性明显,本文基于2016—2020年国控和省控环境空气自动监测站监测数据以及同期各气象代表站气象监测数据,分析PM_2.5和O₃时空分布的变化特征,初步探究其与气象因子及前体物的关系. 结果表明:①2016—2020年山东省空气质量逐步改善,优良天数比例上升了7.1%,重污染天数比例下降了3.5%. 除O₃年评价值上升9.6%以外,SO₂、PM₁₀、PM_2.5、CO和NO₂的浓度均下降,降幅依次为61.3%、29.8%、28.6%、26.3%和11.4%. 各市PM_2.5年评价值均下降(范围为18.4%~34.9%);除德州市外,其他15市O₃年评价值均上升,滨州市的升幅(30.8%)最大. 1月PM_2.5平均浓度最高,呈现先下降后上升的年变化趋势,6月O₃平均浓度最高,且逐年上升. ②山东省PM_2.5和O₃均呈现内陆地区高于沿海地区的分布特征,PM_2.5浓度在西部内陆地区较高,O₃浓度在中北部内陆地区较高,PM_2.5-O₃复合污染特征在中西部地区较明显. 统计期间共计出现PM_2.5-O₃复合污染日224 d,分布在2—11月,出现天数逐年减少. ③为探究PM_2.5-O₃复合污染的影响因素及气象特征,进行相关性分析及气象因子阈值筛查,结果表明,PM_2.5日均浓度和O₃_8 h (臭氧日最大8小时滑动平均值)与其主要前体物和气象因子均呈现相反的相关关系,且对不同因子的响应有一定区域性差异. 当气温为14.9~24.1 ℃、相对湿度为55.5%~75.1%、风速为0.6~2.9 m/s、气压为992.8~1 018.8 hPa时PM_2.5-O₃复合污染易于发生,该条件下大部分城市的气温、相对湿度和气压平均值介于PM_2.5和O₃污染单独发生时的对应因子平均值,但平均风速小于PM_2.5和O₃污染单独发生的平均风速. 研究显示,“十三五”期间山东省PM_2.5浓度波动下降,O₃浓度波动上升,二者的协同关系日趋明显,气象因素对PM_2.5和O₃的生成和累积有一定影响.      

UV/O3/TiO2耦合工艺降解2,4,6-三氯苯酚

通过构建UV/O₃/TiO₂耦合工艺反应体系,打破了以臭氧为基础的高级氧化技术臭氧利用率低的技术瓶颈,使用电子自旋共振波谱仪和荧光探针法分析了UV/O₃/TiO₂耦合工艺的反应机理,明确了臭氧链式反应产生的O₂在反应体系内自循环利用是提高臭氧利用率的主要原因。以2,4,6-三氯苯酚为目标污染物,通过分析初始浓度、接触时间、pH、催化剂投加量等影响因素,对比UV/O₃、UV/TiO₂工艺的降解效果,显示出UV/O₃/TiO₂耦合工艺的技术优势。在相同条件下,单独UV/TiO₂光催化体系和UV/O₃体系对2,4,6-三氯苯酚模拟配水的TOC矿化率分别为12.65%和51.54%,反应速率常数分别为0.0058,0.1956 min-1,而UV/O₃/TiO₂耦合体系的矿化率达到82.97%,反应速率常数为0.2893 min-1,耦合工艺的臭氧利用率较UV/O₃工艺提高11.7百分点,并且在pH=3~11的较宽范围内有良好的适用性,证明了理论研究结论的正确性。