近日華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院王格慧教授團(tuán)隊聯(lián)合浙江大學(xué)和復(fù)旦大學(xué),針對我國灰霾天高濃度氨氣與大氣氧化性開展相關(guān)研究,并取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊利用煙霧箱系統(tǒng)驗證了高濃度氨氣的存在可以通過促進(jìn)NO2與還原性氣體SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)促進(jìn)強氧化性物質(zhì)亞硝酸氣(HONO)的生成與累積,提出環(huán)境中還原性氣體氨氣的大量存在會較大程度提升我國大氣環(huán)境的氧化能力,從而進(jìn)一步促進(jìn)霧霾污染的發(fā)生。相關(guān)研究成果以“Abundant NH3 in China Enhances Atmospheric HONO Production by Promoting the Heterogeneous Reaction of SO2 with NO2”為題發(fā)表在大氣科學(xué)與環(huán)境科學(xué)類期刊Environmental Science & Technology上(Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 14339−14347)。博士后葛雙雙為首作者,王格慧教授為通訊作者。
圖1中國兩大城市北京和西安冬季大氣環(huán)境中NH3和HONO夜間相關(guān)性分析 ((a) 北京觀測時間為2017年12月15號到2018年2月25號(b) 西安觀測時間為2012年11月17日到12月2號).
HONO是大氣氧化劑OH自由基的重要來源,通過HONO光解產(chǎn)生的OH自由基對冬季大氣環(huán)境中OH自由基的貢獻(xiàn)可以達(dá)到60%。大氣環(huán)境中高濃度氧化劑的存在會進(jìn)一步促進(jìn)我國霧霾污染的發(fā)生。王格慧教授團(tuán)隊通過多站點長期觀測發(fā)現(xiàn),在我國不同城市地區(qū),即使在重霾天氣條件下仍然可以監(jiān)測到較高濃度的HONO,且HONO濃度與NH3濃度呈現(xiàn)非常好的正相關(guān)性(圖1)。通過煙霧箱模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):在煙霧箱系統(tǒng)中,HONO的生成量與NH3呈現(xiàn)非常好的正相關(guān)性,與外場觀測結(jié)果一致(圖2)。證明高濃度氨氣的存在會促進(jìn)大氣中HONO的累積。
圖2 NO2/SO2/NH3/NaCl 煙霧箱反應(yīng)體系中總HONO生成量隨NH3濃度變化趨勢(HONOT代表反應(yīng)體系中生成的總的HONO濃度;RH=90%)
圖3 在90%濕度且無人為引入種子條件下HONO濃度隨時間的變化情況(煙霧箱內(nèi)NO2, SO2 以及 NH3的初始濃度分別為0.6 ppm, 0.6 ppm和1.0 ppm)
王格慧教授團(tuán)隊指出NO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)是大氣環(huán)境中HONO的重要來源之一,而氨氣通過促進(jìn)NO2二聚體(N2O4)發(fā)生分解反應(yīng)對大氣中HONO濃度的影響作用基本可以忽略(圖3)。在平面水膜上高濃度氨氣對HONO生成的作用呈現(xiàn)趨于飽和狀態(tài),但是氣溶膠相上HONO的生成量隨著氨氣濃度的增加呈現(xiàn)指數(shù)增長變化(R2=0.91) (圖4)。NO2在NaCl氣溶膠液滴上的攝取系數(shù)可以達(dá)到2.0×10-5 -1.7×10-4,比在純水中的吸收系數(shù)高3-4個數(shù)量級。因此,高濃度氨氣在我國重霾污染天氣條件下會進(jìn)一步促進(jìn)HONO的生成與累積。
圖4 煙霧箱系統(tǒng)內(nèi)HONO濃度隨NH3濃度變化趨勢分析((a)煙霧箱壁表面上生成HONO(HONOc); (b)氣溶膠顆粒物相生成HONO(HONOA); (c)氨氣對顆粒物比表面積影響;(d)氣溶膠相中HONO生成量隨顆粒物比表面積變化趨勢)
作者通過實驗?zāi)M結(jié)果推算得出,NO2在氣溶膠液滴上產(chǎn)生的HONO生成量占煙霧箱體系中總HONO生成量的4-33%,表明了氣溶膠顆粒物對于HONO的生成存在重要貢獻(xiàn)。由于NH3、SO2和NO2在我國大氣環(huán)境中大量共存,NH3對HONO形成的正向促進(jìn)效應(yīng)可以提高我國霧霾天氣狀況下的大氣氧化能力,進(jìn)一步產(chǎn)生較高濃度的二次顆粒物,加重大氣顆粒物污染(圖5)。自2013年以來,由于國家加強SO2排放的管控力度,我國許多城市的霧霾污染減輕明顯。但是在我國,尤其是華北平原地區(qū),顆粒物污染程度仍然要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家,同時也高于WHO的標(biāo)準(zhǔn)。王格慧教授團(tuán)隊的研究結(jié)果指出:進(jìn)一步加強對NH3排放的管控可能是下一步有效減輕我國霧霾污染的重要手段。
詳見原文:Shuangshuang Ge, Gehui Wang*, Si Zhang, Dapeng Li, Yuning Xie,Can Wu, Qi Yuan, Jianmin Chen, Hongliang Zhang. Abundant NH3 in China enhances atmospheric HONO production by promoting the heterogeneous reaction of SO2 with NO2. Environmental Science & Technology, 2019, 53, 14339−14347. DOI: 10.1021/acs.est.9b04196
LOPAP(HONO)亞硝酸分析儀鏈接:
氨氣分析儀連接:
免責(zé)聲明
第62屆中國高等教育博覽會
展會城市:重慶市展會時間:2024-11-15