基于高分辨实测研究城市大气环境中异戊二烯有机气溶胶的生成机制及其反应动力学参数估算
编号:3725
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更新:2023-04-16 20:29:04 浏览:615次
快闪报告
摘要
自然源异戊二烯占全球挥发性有机物(VOCs)排放总量的50%(535 Tg/yr)(Guenther等, 2012),是大气二次有机气溶胶(SOA)的重要来源。早期研究认为,异戊二烯氧化生成的甲基丙烯醛(MACR)、甲基乙烯基甲酮(MVK)等产物挥发性强,难以进入颗粒相形成SOA。然而,近年来,不断有研究证实,异戊二烯与OH自由基反应能生成IEPOX(低NOx环境下)、HMML和MAE(高NOx环境下)等环氧中间体,这些氧化中间体在大气中能被摄取进入颗粒相,并在酸催化作用下进一步发生液相反应,生成2-甲基丁四醇(2-MTLs)、2-甲基甘油酸(2-MGA)和有机硫酸盐等SOA产物(Surratt等,2010;Lin等,2013)。因此,该非均相氧化过程被广泛认为是大气异戊二烯SOA生成的主要路径。
异戊二烯环氧中间体IEPOX、HMML和MAE生成2-MTLs、2-MGA等SOA产物的速率(khet, s-1)通常取决于颗粒物对其的摄取系数(γ)以及其摄取进入颗粒相后的液相反应速率(kaq, s-1)。已有不少研究基于烟雾箱实验对IEPOX的γ系数进行了模拟测量(Gaston等,2014;Riedel等,2015),但是,这些烟雾箱实验通常采用硫酸铵、硫酸氢铵等化学组成非常简单的气溶胶种子进行模拟,其实验结果可能不能很好地代表实际大气情况。另外,也有一些观测研究基于已有本体溶液实验获得的IEPOX和HMML/MAE液相反应速率常数值(Birdsall等,2014;Riedel等,2016;Pye等,2013)对实际大气中IEPOX和HMML/MAE的kaq进行了估算,从而获得其γ系数和khet(Xu等,2016;Zhang等,2017;Zhang等,2022)。然而,由于测量方法、实验条件等原因,不同研究报道的液相反应速率常数值差异可达1~3个数量级,给kaq、γ和khet的估算结果带来了很大的不确定性。
对此,本研究基于在线热脱附气溶胶GC/MS(TAG)系统在上海城区站点观测获得的异戊二烯SOA示踪物(2-MTLs、2-MGA)小时浓度数据,结合OBM模型获得的环氧中间体(IEPOX、HMML和MAE)浓度结果,对实际大气环境中IEPOX和HMML/MAE的γ系数和khet进行了估算。研究结果表明,实际大气环境中,IEPOX的γ系数较HMML/MAE高约1~2个数量级,且其受颗粒物酸性和含水量影响显著,颗粒物酸性越强,含水量越低,IEPOX和HMML/MAE的γ系数越高且khet速率越快。采用多元线性回归函数对其液相反应常数进一步估算发现,IEPOX的液相反应常数总体与前期本体溶液实验结果一致,但HMML/MAE在实际大气中的亨利常数或液相反应速率常数应比已有本体溶液实验报道的数值高,表明在城市高NOx大气环境下,异戊二烯SOA对大气OA也有重要贡献。本研究结果也表明,开展高分辨率在线测量估算实际大气中有机物的反应动力学参数对于进一步认识大气SOA生成是非常有必要的,对提升模型模拟效果也有重要意义。
关键词
异戊二烯SOA,NOx,摄取系数,液相反应速率
稿件作者
朱书慧
上海市环境科学研究院
黄成
上海市环境科学研究院
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