典型挥发性有机物大气氧化过程及致霾潜势

Volatile organic compounds (VOC) are numerous, varied, and ubiquitous gaseous pollutions in the environment. Once emitted, VOC undergo a series of complicated physical and chemical processes in the atmosphere. On one hand, VOC could be oxidized by atmospheric oxidants (such as hydroxyl radicals and ozone) and influence the concentrations of oxidants, hence leading to the change of atmospheric oxidation capacity. On the other hand, VOC serve as a source of atmospheric secondary organic aerosol (SOA) through the heterogeneous reactions and homogeneous oxidation. VOC atmospheric oxidation processes not only contribute to the formation of regional haze, but also play a role in the global atmospheric chemistry. This project tries to carry out researches for atmospheric VOC chemical transformations and evolutions under real atmospheric conditions by utilizing smog chamber reaction system and online flow reaction system. The gas-phase and particle-phase products will be indentified by Mass, Infrared and Raman spectroscopy as well as the testing techniques for physical and chemical properties of particles. The hygroscopic characters and optical properties of SOA particles will be analyzed by hygroscopic tandem differential mobility analyzer and cavity ring-down spectroscopy.We seek to acquire basic reaction kinetics data, get a better understanding of VOC homogeneous and heterogeneous chemical conversion mechanisms, and reveal the formation mechanism of SOA. This project aims at investigating the hygroscopic characters and optical properties of SOA particles and exploring the roles they play during the haze formation. We attempts to analysis the impact of VOC chemical conversion process during the haze formation, thus providing theoretical results and scientific basis for the abatement work of air pollution in metropolitan areas.

挥发性有机物（VOC）排放至大气后发生一系列复杂的大气物理化学过程，一方面，VOC与臭氧、氢氧自由基等氧化剂发生气相氧化反应，影响大气氧化潜势，另一方面，VOC经过气相氧化和复杂的非均相物理化学过程导致二次有机气溶胶（SOA）的生成。从而对区域灰霾天气的形成和全球尺度的大气化学都有着重要影响。本项目拟结合烟雾箱反应系统和在线流动反应体系，采用质谱、红外、拉曼光谱学分析以及颗粒物表面物理化学性质表征等技术手段，结合加湿串联差分迁移分析仪、光腔衰荡光谱等粒径以及光学分析手段，开展接近大气实际环境浓度条件下的VOC的大气化学转化和演化过程研究，获取反应动力学基础数据，认识VOC均相和非均相的大气化学转化机制，揭示SOA的生成机制，研究SOA的吸湿、光学特性并探索吸湿过程对灰霾形成的影响。通过深入分析VOC大气化学转化过程对灰霾形成的影响，为我国城市和区域污染治理工作提供理论基础和科学依据。

有机颗粒物主要来自于挥发性有机物（VOC）在大气中的化学转化，VOC的大气氧化过程复杂，涉及一系列复杂的大气物理化学过程，同时影响大气光氧化剂浓度和导致二次有机气溶胶（SOA）的生成。随着排放到大气中的VOC种类和数量的不断增加，尤其是我国VOC的人为排放强度大，其大气降解和转化过程更趋于复杂，对灰霾天气形成的贡献以及对大气环境影响的评估也很困难。目前，对于实际环境条件下VOC气相氧化导致SOA生成的反应途径研究，VOC反应动力学、氧化机理、非均相反应研究，典型VOC氧化生成SOA颗粒物的相态、密度、光学性质等物理化学参数研究，VOC氧化产物与大气中典型无机物的混合颗粒物吸湿过程研究还欠缺深入探索。针对以上问题，项目开展了以下研究内容：采用烟雾箱模拟系统研究生物排放和人为源芳香类VOC的大气氧化过程，获取关键大气VOC与多种大气氧化剂的反应速率常数，推断反应机理；开展典型大气OVOC在颗粒物表面的非均相反应研究；考察不同种类VOC生成的SOA的光学性质及其对成霾的贡献；采用不同SOA中的主要成分，开展二元以及多元混合体系的吸湿增长行为。细化研究内容，项目取得了以下十项研究成果：典型不饱和脂肪酮的气相氧化研究；不饱和有机酸在α-氧化铝和碳酸钙表面的非均相摄取机理及动力学研究；乙酸在α-Al2O3表面非均相反应的温度效应研究；长链烷烃光氧化生成SOA的光学性质研究；APEC会议期间联合减排措施对VOCs的影响; 种子气溶胶在芳香烃氧化生成SOA中的作用研究；NO3自由基氧化柠檬烯生成二次有机气溶胶的光学性质研究；与灰霾形成相关的多组分混合气溶胶的吸湿性质研究；北京地区大气中 HONO 生成机制的研究；气态H2O2在矿尘颗粒物表面的非均相反应研究。以上研究成果对深入认识VOC大气氧化过程和成霾潜势具有重要的科学意义，为控制我国严重的灰霾污染提供了化学机理支持，具有重要的应用价值。