沙尘颗粒物表面反应机制的同步辐射中低能X射线谱学研究

我国频发的沙尘天气对大气环境和居民健康带来了重大危害，评价其影响需要了解沙尘颗粒和气体污染物作用的机制。传统研究颗粒物表面结构和过程的方法存在一些技术瓶颈，今后在分子水平上揭示颗粒物表面大气反应过程是一个重要的发展方向。本课题拟利用高分辨率和高灵敏度的同步辐射探针技术，发挥中低能X射线吸收谱适宜分析沙尘颗粒物中主要轻元素（N、Na、Al、Mg、S、Cl、K、Ca等）价态与化学形态的优势，以及其不同测量模式荧光法和电子产额法能分别探测浅表面和表面信息的特性，综合使用整体分析和单颗粒分析法、室外沙尘颗粒采样和实验室模拟大气原位反应测量等方法，结合我国一些城市大气污染特征表现为煤烟型污染和汽车尾气混合污染的情况，研究沙尘颗粒物和酸性气体SO2/NOx(NO2）发生表面反应的机制，深化对沙尘颗粒物的化学组成、界面结构、反应规律的认识，从而为评价沙尘颗粒物对城市大气污染及人体健康的影响提供科学依据。

我国频发的沙尘和灰霾天气对大气环境和居民健康带来了重大危害，业已引起了人们的普遍关注。评价其影响需要了解其中颗粒物和气体污染物作用的反应机制。本项目利用高分辨率和高灵敏度的同步辐射探针技术：中低能X射线吸收谱(XANES)、X射线荧光谱（XRF），结合离子色谱(IC）等实验方法,研究了北京和上海地区不同粒径颗粒物中S、Cl、Ca 等元素的化学形态以及分布特征。分析结果如下:1)上海大气颗粒物样品地壳元素(Si、Al、Ca、K、Mg、Fe、Ti)随沙尘暴的到来大幅度增加;2)沙尘颗粒物中无机氯Cl含量增多，S元素主要以石膏(CaSO4·2H2O)的形式存在，Ca元素主要存在形式为 CaCO3; 3)北京地区沙尘暴颗粒物中还原性硫含量明显增加；4)上海灰霾期间各粒径段颗粒物的质量浓度均比非灰霾天高，粗颗粒物中 S元素70%以上主要以硫酸钙和硫酸铵的形式存在，细粒径段（<3μm）颗粒物中硫酸盐的比例更高（90%左右），主要以硫酸铵的形式存在；5)另外北京灰霾期间颗粒物中亚硝酸盐含量比非灰霾期间明显增多。此外，利用原位反应箱，对大气条件下含 Fe颗粒物催化氧化SO2/ NO2生成硫酸盐的异相化学反应过程进行了模拟和原位检测，结果证实了大气环境中Fe 离子催化氧化 SO2的异相化学反应过程的确在颗粒物表面上发生，而且该异相化学反应与颗粒物表面的水环境有关，较高相对湿度一定程度上会促进二次颗粒物的生成。. 本项目综合使用室外沙尘颗粒采样和实验室模拟大气原位反应测量方法，研究了大气颗粒物和酸性气体SO2/ NO2发生表面反应的机制。深化对颗粒物的化学组成、界面结构、反应规律以及二次硫酸盐污染形成机制的认识，从而揭示城市及区域环境污染形成机制、空气污染物的来源和产生原因、大气中污染物的转化和演变历程，为评价颗粒物对城市大气污染及人体健康的影响提供相关理论和实验依据。