北京冬春和夏初季节大气O3浓度的垂直分布特征

为探究北京地区不同季节大气O₃浓度垂直分布特征,于2010年12月1日—2011年3月31日（冬春季）和2011年5月7日—6月9日（夏初）,在北京北部地区的中国环境科学研究院内,利用第三代移动式大气环境激光雷达系统,对$\varphi $（SO₂）、$\varphi $（NO₂）以及$\varphi $（O₃）和气溶胶后向散射系数垂直方向和垂直剖面进行试验观测,并结合天气要素的变化进行了分析研究.结果表明:①$\varphi $（O₃）存在明显的季节变化,表现为夏季>春季>冬季,同时晴天、微风、逆温条件等气象背景是O₃污染过程出现的主要气象因素,在微风和南风的情况下,会出现高$\varphi $（O₃）带,在北风影响情况下,$\varphi $（O₃）相对较低,雨水冲洗的作用对$\varphi $（O₃）分布也有明显的影响;②$\varphi $（O₃）的日变化曲线呈单峰单谷型,$\varphi $（O₃）峰值一般出现在14:00—18:00之间,谷值则出现在22:00—翌日09:00之间;③$\varphi $（O₃）垂直分布呈现单峰、双峰、多峰型分布等多种垂直分布特征,10 km以上高空这3种分布特征均有出现,但是在5 km以下的近地面$\varphi $（O₃）垂直和斜程分布基本呈现多峰型,斜程方向上$\varphi $（O₃）的高低与下垫面及其所排放的O₃前体物有密切的关系;④$\varphi $（O₃）垂直分布呈现一定的不均匀性,其数值范围浮动比较小,最大值之间相差30×10-9.研究显示,$\varphi $（O₃）垂直规律主要表现出两种分布特征,一种是在3~5 km处有高浓度的堆积区,另一种则没有明显高值堆积区.      

FeCl3改性MOFs在低温下对Hg0的吸附性能

为提高吸附剂对Hg0（零价汞）的吸附效率,利用MOFs（金属有机框架）材料发达的孔隙结构和高比表面积（1 997.010 0 m2/g）,采用FeCl₃溶液浸渍改性,制备了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）用于脱除Hg0.在小型固定床反应器上考察了浸渍浓度、反应温度、氧含量等对Hg0去除的影响.结果表明:FeCl₃@MIL-101（Cr）在进口ρ（Hg0）为2×10-3 mg/L,c（FeCl₃）为0.2 mol/L,反应温度60℃,气体流速400 mL/min,φ（O₂）为1%的条件下,吸附穿透时间长达62 h,相应的吸附容量为14.27 mg/g.在此基础上,进一步利用BET（比表面积测试）、SEM（扫描电镜）-EDX（能量色散X射线光谱）、XRD（X射线衍射）、XPS（X射线光电子能谱）等常用表征手段研究了改性前后吸附剂的物理化学特性,证明了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）吸附零价汞是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,含氯官能团在吸附Hg0过程中也发挥了相当大的作用,并且氧气可促进其吸附效果.最后,分析了其吸附机理.研究显示,该种吸附剂在低温条件下具有较为优良的脱汞性能,应用前景良好.      

生物炭对盐碱土壤氨挥发的影响

为探明生物炭对黄河三角洲盐碱土壤氨(NH_3)挥发的影响,通过室内连续培养的方式,先测定改良的通气法对土壤NH_3挥发的回收率,再对比施加肥料颗粒与肥料水溶液对土壤NH_3挥发的影响,最后探究生物炭的种类、添加量及施肥种类对NH_3挥发速率和总量的影响.结果表明,以硫酸铵为氮源进行的NH_3挥发捕集实验,NH_3回收率平均值高达100. 30%.在相同施氮量下,施加尿素水溶液的处理比施加尿素颗粒的处理NH_3挥发减少了60. 29%,施加硫酸铵水溶液的处理比施加硫酸铵颗粒的处理NH_3挥发减少了61. 40%.相较于不添加生物炭只施用硫酸铵水溶液的空白处理,添加0. 5%生物炭且施加生物炭种类为水稻300℃(RB-300)、水稻600℃(RB-600)、棉花300℃(CB-300)和棉花600℃(CB-600)的处理,NH_3挥发总量分别减少了18. 68%、16. 16%、9. 35%和8. 26%,且施肥后2d内NH_3挥发速率最大,占总挥发量的53. 80%～64. 02%.添加生物炭后,NH_3挥发量随生物炭添加量的增加呈现出先降低后增加的趋势.因此,田间施肥前添加少量生物炭并结合水肥一体化管理技术,可以有效地减少NH_3挥发并提高氮肥利用率.     

南京城市大气氨-铵的高频演化及其气粒转化机制

本研究于2018年秋季利用在线气体和气溶胶组分监测仪以高时间分辨率连续测定南京市大气中的气体(主要是NH_3)与二次无机气溶胶(主要是NH_4~+、NO_3~-和SO_4~(2-))浓度,借此研究污染和非污染期城市大气NH_3和NH_4~+的演化规律,进而探讨NH_3-NH_4~+气粒转化过程中的化学机制.结果表明,观测期间NH_3和NH_4~+浓度的平均值(±1σ)分别为(15. 3±6. 7)μg·m-3和(11. 3±7. 8)μg·m-3,且日变化在污染和非污染事件中呈现出显著的差异.综合在线观测的NH_3和NH_4~+浓度数据,通过计算潜在源贡献因子,分析了NH_3和NH_4~+的潜在贡献源区在重污染过程受长距离污染传输影响较小,证明城市也是NH_3排放的重要热点地区.进一步分析发现,NH_3-NH_4~+的气粒转化是影响NH_3和NH_4~+日变化的主要驱动因子.具体体现在:低温、高湿(温度在7. 5～12. 5℃,湿度在50%～90%)时,NH_3和NH_4~+的气固转化速度较快,NH_3与酸性物质反应生成更多的NH_4~+,使得(NH4)2SO4和NH4NO3的形成从而导致污染事件的加剧.研究结果有助于厘清城市大气NH_3的来源和转化机制及其对颗粒物的潜在贡献.     

喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

研究了2016和2017年传统灌溉（沟灌）和节水灌溉（喷灌）方式氨（NH₃）挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）以及气温降水等因素对NH₃挥发的影响.结果表明,NH₃挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH₃挥发峰值,喷灌和沟灌的NH₃挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/（hm²·d）和11.11kg/（hm²·d）,2017年分别为2.42kg/（hm²·d）和11.73kg/（hm²·d）;马铃薯生长季NH₃挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH₃累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH₃挥发速率与土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,与体积含水量、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度呈极显著正相关（P<0.01）.     

可见光驱动微生物光电化学池处理剩余污泥同步产氢

氢气是一种理想的清洁能源.太阳能驱动的微生物光电化学池(Microbial photoelectrochemical cell, MPEC)因可同时实现废物处理与自发产氢而受到人们的关注.本文以剩余污泥为底物,构建了一种由无定型硫化钼改性硅纳米线(MoS_3/SiNWs)光阴极和生物阳极组成的MPEC系统,研究了3组MPEC在不同的酸性阴极液pH和外加电压条件下的产氢及污泥减量效果.研究结果表明,MPEC在阴极液pH为1和3的条件下均能在无外加电压下自发产氢;pH=1的MPEC-1实验中平均产氢速率为(0.66±0.02) mL·h~(-1),约是pH=3的MPEC-2实验平均产氢速率的1.5倍,但阴极过酸的条件限制了其实际应用; pH为3、外加0.2 V电压的MPEC-3与MPEC-2相比,产氢周期由15 h增加到40 h,平均产氢速率由(0.44±0.05) mL·h~(-1)提高到(0.52±0.04) mL·h~(-1),污泥TCOD、SCOD、TSS、VSS的降解率分别可达53.96%、70.18%、38.21%和61.76%.可见本文构建的MPEC系统是一种有前景的利用太阳能进行废物处理和资源化的新技术.     

三维有序介孔铈钴铜催化剂的制备及其降解邻二甲苯的机制

以PMMA为模板,通过聚乙二醇(PEG400)和柠檬酸辅助的溶胶凝胶法制备三维有序介孔铈钴铜(3DOM 3C)催化剂,应用BET、SEM、XRD和XPS等对不同煅烧温度的3DOM 3C催化剂进行表征分析,研究了催化剂活性及其影响因素,并利用FT-IR和GC-MS对降解产物进行分析,推测出催化降解邻二甲苯的机理.结果表明,煅烧温度500℃时制备的3DOM 3C催化剂表面具有三维介孔结构,且分散均匀,表面的晶体氧化物最少,存在大量的Cu~(2+)、Ce~(3+)和表面氧,催化剂表面存在更多的固溶体、表面活性位点和氧空位,有利于提高催化活性.在邻二甲苯初始浓度600 ppm、空速16000 h~(-1)、50%O_2条件下,煅烧温度500℃时制备的3DOM 3C催化效果最佳,在260℃时,3DOM 3C催化剂对邻二甲苯的转化率达98%,T_(90)为250℃. 3DOM 3C对邻二甲苯的转化率随着初始浓度、空速和相对湿度的升高而呈下降趋势,随着O_2含量的增加而增加.气流中混入150 ppm的乙酸乙酯能够提高邻二甲苯的转化率,提高其低温催化性能.邻二甲苯催化反应后催化剂表面的O—H、■、C—H和金属—氧键都相应的减少,降解中间产物主要有邻甲基苯甲醛和邻甲基苯甲酸.邻二甲苯降解反应涉及Mars Van Krevelen机理(MVK),先被氧化成邻甲基苯甲醛,再进一步氧化成邻甲基苯甲酸,最终生成CO_2和H_2O.     

Ag/P-g-C3N4复合材料可见光催化降解双酚AF的机理研究

利用简单的热聚合及原位沉淀法制备了一系列不同质量比(1%～10%)的Ag/P-g-C_3N_4复合材料,采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS、FTIR、BET和XPS等表征手段对复合材料的形貌结构、光学特性和化学组成进行了表征.利用合成材料光催化降解双酚AF(BPAF),研究了溶液初始pH、溶解性有机质(DOM)对BPAF降解的影响,并对光催化降解机理进行了探讨.结果表明,在pH=7时,5%Ag/P-g-C_3N_4表现出最强的光催化性能,其在90 min内对BPAF的降解率达到100%.DOM在低浓度(0.5 mg·L~(-1))时促进了BPAF的光降解,而在高浓度时(2～10 mg·L~(-1))抑制了BPAF的光降解.活性基团捕获实验结果表明,在Ag/P-g-C_3N_4降解BPAF过程中,h~+和·OH起主要的作用,直接参与了BPAF的降解.相对于P-g-C_3N_4,Ag/P-g-C_3N_4光催化性能的增强主要是因为Ag的负载促进了e~-和h~+的分离,同时Ag单质的SPR效应提高了复合材料对可见光的吸收率,延长了光生载流子的寿命.     

城市突发环境事件的三维矩阵管理模式研究

针对我国环境事件频繁发生和应急管理法制建设缺位、体制不健全之间的矛盾,结合矩阵管理与应急管理理念,创建了基于事件分级、事件生命周期和事件运行管理为三维的矩阵管理模式,并以此模式分析结果为基础,提出城市应急管理能力建设的阶段性建议。     

中国大气NH3和NOx排放的时空分布特征

根据我国不同氨源的数量、燃料消费量和相应的氨与氮氧化物排放因子,计算了我国大陆地区1995~2004年历年的氨(NH3)排放量与1985~2005年历年的氮氧化物(NOx)排放量,在此基础上模拟了2006~2010年的NOx排放量,并分析了NH3和NOx排放强度的空间分布.结果表明:2004年,我国NH3排放量为12.0Tg,比1995年的10.6Tg增加了大约13.2%;2004年的NOx排放量为20.6Tg,比1995年的12.2Tg增加了大约68.9%,比1985年的6.2Tg增加了大约2.3倍.在1996年以前,我国NH3和NOx的排放量基本相当,但是此后NH3的年排放量在经历了1997~1999年的下降之后,变化比较平稳,而NOx的排放量自2000年之后呈逐年迅速增加的趋势.2004年全国NH3的排放总量中,畜禽排泄、氮肥施用、人类粪便、氮肥与合成氨生产的贡献率分别为69.2%、15.2%、13.9%和1.9%;2004年全国NOx的排放总量中,由于受到我国能源消费结构的制约,煤炭来源的NOx占到了排放总量的77.4%.NH3和NOx的排放强度都具有明显的空间差异,表现在中东部地区的排放强度明显高于西部地区,这与中东部地区人口多、能源消费量大以及畜禽养殖数量大有关.