生物质燃烧烟雾的老化过程中氯盐损失现象的机理研究

This project intends to study the chloride depletion due to heterogeneous reaction during the aging process of biomass burning smoke by combining Time-of-flight aerosol chemical speciation monitor (Tof-ACSM), on-line aerosol ion chromatography (URG-9000D), tandem differential mobility analyzer (H-TDMA), nephelometer and cavity ring-down spectrometer (CRDS) and others as analytical techniques. By conducting experiments in a flow tube reactor and simulation chamber, the influences of various environmental factors, such as gaseous reactants, humidity and temperature and irradiation, on the chloride depletion will be discussed to propose the corresponding heterogeneous reaction mechanism and to further quantitatively explain the change in chemical composition, hygroscopicity, morphology and optical properties of biomass burning aerosol promoted by chloride depletion. Understanding the mechanism of chloride depletion during the aging process of biomass burning smoke will help to theoretically explain the heterogeneous conversion of chloride salts in the atmosphere. Furthermore, the outcome of this project provides useful information that can be implemented into future policies to control heavy pollution events due to biomass burning in China.

本项目拟利用飞行质谱气溶胶化学成分分析仪（Tof-ACSM）、在线气溶胶离子色谱（URG-9000D）、串联差分迁移率分析仪（H-TDMA）、浊度仪、光腔衰荡消光仪（CRDS）等分析手段，以生物质燃烧气溶胶中氯盐组分为研究对象，从非均相反应机理入手，采用流动反应管与烟雾箱技术结合的方法，探讨气态反应物、温湿度、光辐射等条件对生物质燃烧烟雾老化过程中氯盐损失现象的促进或抑制作用，提出相应的非均相转化机理，量化阐述氯盐损失引发生物质燃烧气溶胶化学组分、吸湿性、形态形貌和光学性质变化的影响。开展这一研究项目，不仅可为大气中氯盐的非均相反应转化提供理论依据，也可为控制我国生物质燃烧引发的污染事件提供有益信息。

生物质燃烧是重要的污染源，对全球、地区和局地的空气质量和气候变化都有显著影响。生物质燃烧对我国空气质量的负面影响显著，常常引发重污染事件。本项目建立了大型燃烧室，模拟了开放的生物质燃烧过程，研究生成气溶胶的粒径分布、化学组分和成云凝结能力。氯化钾是开放生物质燃烧气溶胶最主要的无机盐。气溶胶成云凝结核（吸湿）能力与其水溶性组分占比和粒径大小呈正比。外场研究中，利用非负矩阵因子分解（NMF）受体模型量化方法，明确燃烧/生物质燃烧是华北采暖季农村地区最主要的氯盐来源。氯化氢与氨气在冬季低温条件下，易形成氯化铵而与机动车尾气的氨气排放趋势一致。氯化氢的主要来源尚无法明确。氯盐与有机物在夜间均快速增长，指示了燃煤/生物质燃烧是PM2.5爆发增长的主导原因。相对的，上海地区不易受到氯盐及其指示的生物质燃烧的影响。外场观测同时发现了高浓度的活性卤素物种（BrCl、Br2、HOBr），白天BrCl、Br2光解生成的Br原子通过多步链式反应促进了颗粒相氯盐的释放，参与到气相化学过程中。利用盒子模型推测活性卤素的参与使对流层氧化剂（OH、HO2和RO2）增加了26%-73%，使VOC的氧化速率增加了将近一倍，并使臭氧的生成速率增加了55%。