汽车尾气二次气溶胶的识别表征及对大气PM2.5源解析研究

Identification and characterization of automobile exhaust secondary aerosols and source apportionment of PM2.5 are researched in this subject. Based on the existing research of secondary aerosol, a new method would be designed. The exhaust from diesel vehicles and petrol vehicles are generated photo-oxidation in smog chamber under the different working conditions, different humidity and different temperature,and exhaust sample before and after photo-oxidation are measured and comparatively analyzed by atomic emission spectrometer, gas chromatograph-mass spectrometer, and so on. Through such these methods, automobile exhaust secondary aerosols can be identificated, the size, morphology, chemical composition and other physicochemical properties of automobile exhaust secondary aerosols are quantitatively characterized, and the component spectrum of primary and secondary aerosols of automobile exhaust would be systematically established. The existing chemical mass balance model method ( CMB ) would be improved , source apportionment of atmospheric PM2.5 would be reserched after the trcking mark of automobile exhaust are determined. Then contribution rate of the different emission source, especially the primary and secondary aerosols of automobile exhaust are obtained. From the cross-linking of multidisciplinary, this work researched the collection of exhaust, the photo-oxidation experiments, the identification and characterization, the establishment of component spectrum, and the methods of source apportionment and so on. These studys would provide new methods and scientific basis of the recognition of secondary aerosols in the atmosphere, the supplement of component spectrum system of emission source, and the development of source apportionment techniques.

本课题对汽车尾气二次气溶胶的识别表征及大气PM2.5的源解析进行研究。在已有的二次气溶胶研究基础上，采用新的方法，利用等离子体原子发射光谱仪、气质联用仪等，测试对比分析不同工况、不同湿度及不同温度下的柴油车和汽油车尾气在烟雾箱中光氧化前后颗粒物的化学成分，有效识别汽车尾气二次气溶胶，量化表征其大小形貌和化学组成等理化特性，比较系统地建立我国汽车尾气一次和二次气溶胶成分谱。确定汽车尾气的标识物，改进已有的化学质量平衡模型法（CMB），对采样的大气PM2.5进行源解析，得到不同排放源、特别是汽车尾气一次和二次气溶胶对大气PM2.5的分担率。本课题从多学科交叉结合的角度，解决汽车尾气采集、光氧化实验、识别表征、成分谱建立、源解析算法等研究内容之间的相互衔接和递进互补，为有效识别大气中的二次气溶胶、完善我国排放源成分谱体系以及发展源解析技术提供新的方法和科学依据。

大气颗粒物污染已成为热点问题，许多地区特别是中大城市，汽车造成的污染更为重要，然而，汽车排放颗粒物、特别是与大气作用后生成的二次气溶胶研究却十分滞后。为此本课题开展汽车尾气二次气溶胶的识别表征及大气PM2.5的源解析研究。依据城市汽车排放状况选择车型，在市区+郊区的多种工况及几种温湿度下, 利用CVS全流稀释系统、测功机、等离子体原子发射光谱仪及气质联用仪等，采样并测试汽车排放颗粒物的物理及化学特性。提出了具地区车型排放权重的成分谱计算方法，建立了汽车排放一次颗粒物的成分谱。研究表明，汽车排放颗粒物主要包括碳组分、水溶性离子、无机元素、有机成分等化学成分，其中碳组分占比最大。柴油车的碳组分占比高于汽油车，而水溶性离子和无机元素质量占比均远小于汽油车。研制了大型烟雾箱实验系统，并通过性能实验证实了其可靠性。利用烟雾箱系统进行了汽车尾气与大气相互作用的实验，通过检测分析尾气与大气作用前后颗粒物的物理化学特征，对二次气溶胶进行了识别与表征，建立了二次气溶胶的成分谱。研究表明，尾气与大气作用后将生成大量的二次颗粒物，其主要形成时段是在反应最初的1-2小时内，其形貌多呈规则的形态（类球状），其化学组分主要为硫酸盐、硝酸盐和有机碳（而不是元素碳）。在尾气与大气作用中，提高湿度将有利于二次颗粒物的形成。将汽车排放形成的二次气溶胶也视为源，选定其特征元素为：OC及 NO3-，改进了CMB源解析方法，得到了南通市各排放源、特别是汽车排放的分担率。研究表明，在南通市，机动车排放对大气污染的贡献率为22%，位居第二，而在尾气排放的贡献中，二次产物占据了主要地位，达到70%以上。.本课题对完善我国排放源的成分谱体系及源解析的方法研究具有重要科学意义，为控制及治理大气环境污染提供了理论及技术支持。.