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大气气溶胶与雾霾:硫酸盐和硝酸盐的新研究

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:气相SO 2与OH的反应是温度的函数[22],异相反应是相对湿度和颗粒物浓度的函数[23],且当RH>75%时硫酸盐大部分通过异相反应生成[24]。由于SOR与颗粒物质量和RH的相关性好,与SO 2和温度的相关性差,且采样期间RH高,因此硫酸盐主要通过异相反应生成。同时,SOR与过渡金属、碱性组分和BC的相关性好,过渡金属和BC能催化硫酸盐的形成,碱性组分有利于对酸性SO 2的吸附,表明在燃放烟花期间硫酸盐主要通过异相催化反应生成。

大气气溶胶与雾霾:硫酸盐和硝酸盐的新研究

S的氧化率SOR=n-SO24-/(n-SO24-+n-SO2)和N的氧化率NOR=n-NO 3-/(n-NO 3-+n-NO 2)可指示二次转化过程。SOR、NOR与气象因素及特定组分的相关系数见表30-2。SO 2可通过气相SO 2与OH自由基的反应、液相金属催化氧化或H 2 O2/O3氧化、云中过程等,氧化为SO24-[18-21]。气相SO 2与OH的反应是温度的函数[22],异相反应是相对湿度和颗粒物浓度的函数[23],且当RH>75%时硫酸盐大部分通过异相反应生成[24]。由于SOR与颗粒物质量(PM,r=0.977)和RH(r=0.733)的相关性好,与SO 2(r=-0.082)和温度(r=-0.668)的相关性差(表30-2),且采样期间RH高(表30-1),因此硫酸盐主要通过异相反应生成。同时,SOR与过渡金属(Cu、Fe、Mn)、碱性组分(Al、Na、K、Mg、Ca)和BC的相关性好(表30-2),过渡金属和BC能催化硫酸盐的形成,碱性组分有利于对酸性SO 2的吸附,表明在燃放烟花期间硫酸盐主要通过异相催化反应生成。NOR与RH、PM、BC、过渡金属(除水溶性Fe)和碱性金属的相关性都不好,但与污染气体(SO2和NO2)和NH 4+的相关性好,同时NH 4+和NO 3-之间的相关性很强(r=0.989),NOR与碱性金属的相关性差,表明NO2在被颗粒物吸附前,就被氧化为HNO 3,故硝酸盐的形成过程可能是:气相NO 2与OH(或O 3)反应形成HNO 3,继而HNO 3与NH 3反应形成NH 4 NO 3。虽然NOR与多数过渡金属的相关性不好,但与水溶性Fe的相关性好。研究表明,HNO 3能与α-Fe2 O 3反应生成表面NO 3-,颗粒物表面的H 2 O能提高初始反应速率[25]。在燃放烟花期间,潮湿的大气有利于HNO 3气溶胶中α-Fe2 O 3的反应,使“NH 4 NO 3⇌NH 3+HNO 3”的动态平衡向右进行,增加二次反应生成NO 3-的量以及水溶性Fe的量,因此NOR与水溶性Fe之间有很好的相关性。与NOR不同,SOR与总Fe的相关性高于与水溶性Fe的相关性(表30-2),表明S-Fe之间的相互作用机理与N-Fe的不同。含Fe颗粒物表面可能存在“Fe-O”或“Fe-OH”等活性基团,SO2可通过在这些活性基团表面的吸附、氧化而形成SO 24-。由于“Fe-O”或“Fe-OH”活性基团的数目与颗粒物中Fe的含量成正比,故SOR与总Fe的相关性高于与可溶性Fe的相关性。除Fe外,其他金属(如Cu和Mn)通过提供“M-O”或“M-OH”等活性位,同样可以催化SO 24-的形成,但SOR与Cu、Mn的相关性高于Fe(表30-2),表明Fe的作用不仅是提供“Fe-O”或“Fe-OH”等活性位,由于Fe-S之间存在“Fe(Ⅲ)+S(Ⅳ)→Fe(Ⅱ)+S(Ⅵ)”耦合作用[26],故Fe还同时参加SO 2的氧化过程。

表30-2 SOR、NOR与气象参数、特定物种之间的相关系数(www.xing528.com)

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