二次有机气溶胶液相生成机制和化学过程的碳氮稳定同位素研究

基本信息
批准号:91644103
项目类别:重大研究计划
资助金额:100.00
负责人:章炎麟
学科分类:
依托单位:南京信息工程大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Chandra Mouli Pavuluri,宋韦,Kimitaka Kawamura,曹芳,吴云,董玉平,鲍孟盈,张雯淇
关键词:
有机碳液相化学过程稳定同位素比值有机氮二次有机气溶胶
结项摘要

In recent years, studies that focus on formation and process of secondary organic aerosols (SOA) have been becoming a research hotspot in atmospheric chemistry. Aqueous formation and process are considered as one of major formation and/or aging pathways of SOA. However, most of the laboratory studies conducted so far have been based on specific compound or class compounds (i.e., small chain carbonyl compounds) in idealized systems, that is, the aqueous solutions do not reflect the complex mixture of organic and inorganic aerosol constituents as in atmospheric aerosols and cloud droplets. In this project, we will conduct batch aqueous-phase experiments under different conditions on aerosol samples from point sources and typical ambient samples collected in urban areas. In proposed aqueous-phase laboratory experiments, kinetics, formation/aging mechanism, characterization of variation of isotope compositions as well as their controlling factors will be extensively assessed under different experimental conditions. The tracer compounds of SOA, mass concentrations of water soluble organic carbon and organic nitrogen and stable carbon and nitrogen isotope ratios in fine aerosol samples will be characterized at a comprehensive way in two typical cities such as Tianjin and Nanjing, together with online and offline measurement methods. The correlations among stable carbon and nitrogen isotope ratios, chemical compositions and meteorological factors as well as aerosol water content and acidity will be also disclosed. In general, the objective of this project is to broaden our knowledge of formation and chemical process of aqueous-phase SOA and its roles and mechanism in the formation of air pollution complexes and gray haze. In general, our study will provide fundamental information for researches on the chemical process of atmospheric fine aerosols in an air pollution complex and haze episode.

二次有机气溶胶(SOA)的形成机制和化学过程研究是大气化学领域的研究热点,而液相化学过程已被揭示为SOA形成和老化的重要途径之一。但现有的实验模拟结果主要是基于某类化合物(如短链羰基化合物)的研究,未完全考虑大气颗粒物或云滴复杂基质对液相化学过程的影响。本项目拟以大气固定源和环境颗粒物样品为研究对象,研究其在液相体系下不同条件下的反应动力学、机制以及碳氮稳定同位素比值的变化特征及其关键影响因子。同时,利用污染物在线和离线分析手段,揭示典型城市(天津和南京为例)大气细颗粒物的SOA分子标志物、水溶性有机碳氮以及碳氮稳定同位素比值的演变特征,重点评估稳定同位素组成特征与气象要素、颗粒物化学组成、气溶胶液态水含量和酸度等影响因素的相互关系。本项目旨在揭示大气复合污染下SOA液相化学过程、演变特征及其对细颗粒物形成的影响和作用机制,为大气复合和灰霾污染下细颗粒物的化学过程研究提供基础科学依据。

项目摘要

二次有机气溶胶(SOA)的液相形成机制和化学过程研究对于理解和控制大气细颗粒物具有重要的意义。本项目基于实验室模拟和外场观测,结合碳氮稳定同位素技术,研究了SOA中草酸盐等典型化合物在液相中的形成机制和化学过程,及其对细颗粒物的影响。主要围绕以下开展工作:1,SOA中典型有机物草酸盐等的实验室模拟,研究了这些有机物液相体系中,大气条件下的化学转化,以及pH值,无机离子等对化学转化的影响;为更接近大气条件下的转化,以雪水作为反应体系,监测转化中各影响因素对转化的影响,以及转化过程中同位素变化特征;2,通过外场SOA中典型化合物(如C2-C5二元羧酸)与气温、湿度等环境因素的关系,以及δ13C的分析,揭示大气中SOA中典型有机物环境影响因子,并结合实验室模拟,识别大气中SOA中典型化合物化学转化关键步骤,以及对细颗粒物形成的影响。研究结果显示这些典型化合物的转化和形成受pH值,温度和无机离子等因素影响。在化学转化过程中具有典型的稳定同位素演变规律,其中,含氧酸,α-二羰基,和二酸(C2-C11,不包括C6)和长链含氧酸(ωC7-ωC9)的δ13C呈季节性变化13C主要富集在饱和二元羧酸,并随着碳数减少,富集程度越强。高级脂肪酸氧化形成的一元酸在液相条件下明显生成。这些结果揭示了大气复合污染下SOA液相化学过程、演变特征及其对细颗粒物形成的影响和作用机制,为大气复合和灰霾污染下细颗粒物的化学过程研究提供基础科学依据。在课题实施期间,相关成果发表于Environmental Science and Technology、National Science Review、Atmospheric Chemistry and Physics、Atmospheric Environment和Environmental Pollution等国际知名学术期刊,共计SCI论文12篇。依托本项目,共培养硕、博研究生5名(博士3名)。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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