典型大气污染物与黑碳的非均相反应研究

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题名	典型大气污染物与黑碳的非均相反应研究
作者	赵燕
答辩日期	2017-05
文献子类	博士
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	贺泓
关键词	黑碳污染气体 Soot 非均相反应 Gas Pollutants 反应动力学 Heterogeneous Reaction Reaction Kinetics
其他题名	Heterogeneous Reactions of Typical Gas Pollutants with Soot
学位专业	环境科学
英文摘要	黑碳主要来源于化石燃料和生物质不完全燃烧。大气中广泛存在的黑碳，对空气质量和气候变化有重要影响。在大气中黑碳可与气体污染物发生非均相反应，从而引起黑碳性质变化，并进一步影响其气候和环境效应。同时，非均相反应也会影响气体污染物在大气中的转化。本论文考察了燃烧条件如燃氧比和燃料含硫对黑碳组成、形貌和亲水性等的影响，利用衰减全反射红外光谱、流动管反应装置和离子色谱研究了相对湿度(RH)和黑碳组成对 SO2与黑碳非均相反应的影响、黑碳中有机碳(OC)和元素碳(EC)在 O3与黑碳非均相反应中的作用以及 NO2与黑碳中 EC的反应。主要研究内容和结果如下： (1)在可控条件下，以正己烷为燃料制备了不同性质的黑碳样品，发现燃烧条件对黑碳性质具有重要影响。OC中不饱和物种含量随燃氧比增大而增多，EC 中的缺陷位含量随燃氧比增大而增加。贫燃条件下，燃料含硫对黑碳性质有显著影响。贫燃黑碳中硫酸盐总量随燃料硫含量非线性增加，而表面硫酸盐含量随燃料硫含量线性增加。贫燃黑碳表面上的硫酸盐作为水吸附位点极大的增强了黑碳的吸湿性。高含硫量的燃料有利于炔烃生成，从而使贫燃黑碳初级粒径增大和聚集体数浓度增加。 (2)相对湿度显著影响 SO2与黑碳的非均相反应。在 RH为 6%-68%范围内，吸附水增加促进了 SO2在黑碳上的吸附和硫酸盐生成；当 RH高于 80%时，过量水则抑制 SO2的吸附和硫酸盐的生成。燃烧条件决定的黑碳表面组成在 SO2 与黑碳非均相反应中发挥了重要作用，并与相对湿度密切相关。黑碳表面吸附的适量水和SO2有利于硫酸盐生成。在低 RH(6%)条件下，高燃氧比条件下(0.162) 制备的黑碳，由于可吸附 SO2的芳香 C−H基团含量较高，具有较大的 SO2摄取容量；而在高 RH(54%)条件下，低燃氧比条件下(0.134)制备的黑碳表面具有适量的 C=O基团和芳香 C−H基团，产生适量 SO2和水的吸附，从而使 SO2向硫酸盐转化活性最高。高燃氧比条件下(0.162)制备的黑碳经 O3老化后，芳香 C−H基团减少并伴随 C=O官能团增加，导致其 SO2反应活性增强；而低燃氧比条件下(0.134)制备的黑碳经 O3老化后 SO2反应活性降低。 (3) O3在黑碳上的反应活性与燃烧条件密切相关。随着燃氧比增大，O3在黑碳上的初始摄取系数增加，并随 OC中的不饱和物种量线性增加。同时，O3 在 EC上的初始摄取系数随 EC的燃氧比增大而增加，并随 EC中缺陷位含量线性增加。由此表明，燃烧条件决定黑碳中 OC的组成和 EC的结构，并会影响黑碳与 O3的非均相反应活性。 (4)燃烧条件决定的 EC微观结构对 NO2在黑碳表面非均相反应具有重要影响。NO2在 EC上的摄取系数和 HONO产率随燃氧比增大而增加，并与 EC 中缺陷位的含量线性相关。由此表明，EC中的缺陷位是 NO2反应与 HONO产生的活性位点。经 O3室温老化和 O2在 300 °C氧化后，NO2在 EC上的摄取系数和 HONO产率显著降低。然而，经 O2氧化后的 EC上 NO产率显著增加。 O2氧化后 EC上产生的醌型 C=O可将 NO2还原为 NO。
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38753]
专题	生态环境研究中心_大气污染控制中心
作者单位	中国科学院生态环境研究中心
推荐引用方式 GB/T 7714	赵燕. 典型大气污染物与黑碳的非均相反应研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017.