激光共聚焦显微拉曼光谱研究气溶胶酸度对硫酸盐二次生成的影响
批准号:
41905119
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
李颖若
依托单位:
学科分类:
D0506.大气化学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
硫酸盐是大气气溶胶重要无机组分,对华北平原重霾有重要贡献。已有研究提出,高浓度NH3能够中和气溶胶酸性,促进NO2参与的非均相反应和硫酸盐二次生成。但因缺乏直接定量研究,气溶胶酸度如何影响该反应途径仍存在争议。申请人前期做了实验室调节气溶胶酸度方法探索。本研究拟采用激光共聚焦显微拉曼光谱,针对NO2+O2+SO2+NH3单颗粒反应体系开展硫酸盐生成动力学的实验室模拟。通过在线追踪硫酸盐生成速率,实测SO2的反应摄取系数;通过调节NH3浓度改变气溶胶酸度,并依据SO42-/HSO4-离子对的拉曼信号,在线标定气溶胶酸度;进一步结合温湿度和反应气体浓度的控制条件实验,综合分析硫酸盐二次生成速率与气溶胶酸度、相对湿度、NO2和SO2浓度之间的定量关系。拉曼光谱反应体系提供了非均相反应速率定量技术和有效的气溶胶pH在线测量能力;两者结合,有望为硫酸盐生成机理提供进一步科学认识和更准确的参数化方案。
英文摘要
Sulfate is an important inorganic component of aerosols with significant contribution to the development of severe haze in the North China Plain. Previous studies have suggested that high concentration of NH3 can neutralize aerosol acidity, and thus accelerate sulfate formation by promoting the NO2-mediated heterogenous reaction pathway. Due to lack of direct quantitative research, the influence of aerosol acidity on the sulfate formation pathway is still controversial. We have made pre-experiment on the method of adjusting aerosol acidity. In this study, we use the laser confocal micro-Raman spectroscopy to measure the kinetics of sulfate formation in the single-particle reaction system of NO2+O2+SO2+NH3. Firstly, the reaction uptake coefficient of SO2 is measured by tracking sulfate formation rate online. Secondly, the aerosol acidity is adjusted by concentration of NH3 and determined by the Raman signal of sulfate/bisulfate ion pair. Finally, the relationship between the secondary sulfate formation rate and aerosol acidity, relative humidity, NO2 and SO2 concentration is investigated by condition experiments. The laser confocal micro-Raman spectroscopy system provides a quantification technique of heterogeneous reaction rate and an effective on-line measurement capability of aerosol pH. The combination of the two is expected to provide further scientific understanding of the sulfate formation mechanism and more accurate parameterization scheme for modeling.
本项目采用激光共聚焦显微拉曼光谱,针对NO2+O2+SO2+NH3单颗粒反应体系开展了硫酸盐生成动力学的实验室模拟。通过激光共聚焦拉曼光谱反应动力学实验,设计了不同反应气体浓度和不同湿度条件下的控制和对比实验,获取了接近实际大气的低浓度条件下硫酸盐反应的摄取系数,实验结果显示,在90%的相对湿度下,氨气存在条件下,实验室测得的SO2的摄取系数在0.02左右;结合拉曼图像观测到了单颗粒气溶胶在反应过程中吸湿性的变化。项目通过实验完善了单颗粒气溶胶的pH值定量方法,并依据SO42-/HSO4-离子对的拉曼信号,在线标定气溶胶酸度,成功实现了单颗粒气溶胶pH值的准确定量,实验测得硫酸盐生成过程中单颗粒气溶胶的pH在1.98-1.92,并且随着反应的进行,气溶胶单颗粒的酸性增强,pH值呈现下降趋势。通过实验厘清了NH3,NO2和O2在硫酸盐生成中的作用,实验结果显示氨气可以影响反应体系的pH值,从而影响硫酸盐生成速率,氧气是硫酸盐生成的主要氧化剂,NO2是反应的触发剂和次要氧化剂;项目在改进SO2排放输入场的基础上尝试进行了模型模拟的参数化方案优化和硫酸盐重污染期间低能见度天气预报方法开发。项目通过实验为硫酸盐二次生成新机理验证提供了实验室关键依据,为改进模式对硫酸盐模拟提供了更为合理的参数化方案,为复合污染治理政策制定提供了控制氨气排放的必要性的科学参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jes.2020.11.011
发表时间:2020-12
期刊:Journal of environmental sciences
影响因子:6.9
作者:Yingruo Li;Zhiqiang Ma;Tingting Han;W. Quan;Jun-Xia Wang;Huai-gang Zhou;D. He;F. Dong
通讯作者:Yingruo Li;Zhiqiang Ma;Tingting Han;W. Quan;Jun-Xia Wang;Huai-gang Zhou;D. He;F. Dong
Chemical characteristics and source apportionments of volatile organic compounds (VOCs) before and during the heating season at a regional background site in the North China Plain
华北平原区域背景点采暖季前及采暖季挥发性有机物(VOCs)化学特征及来源解析
DOI:10.1016/j.atmosres.2021.105778
发表时间:2021-07-30
期刊:ATMOSPHERIC RESEARCH
影响因子:5.5
作者:Han, Tingting;Ma, Zhiqiang;Wang, Yao
通讯作者:Wang, Yao
DOI:10.13227/j.hjkx.202011237
发表时间:2021-07-15
期刊:Huanjing Kexue
影响因子:--
作者:Li Ying-ruo;Han Ting-ting;Ma Zhi-qiang
通讯作者:Ma Zhi-qiang
DOI:10.5194/acp-2020-1259
发表时间:2020-12
期刊:Atmospheric Chemistry and Physics
影响因子:6.3
作者:T. Dai;Yueming Cheng;D. Goto;Yingruo Li;Xiao Tang;G. Shi;T. Nakajima
通讯作者:T. Dai;Yueming Cheng;D. Goto;Yingruo Li;Xiao Tang;G. Shi;T. Nakajima
京津冀地区细颗粒物和臭氧垂直分布特征和气象影响机制
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2022
- 负责人:李颖若
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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