新生成黑炭演化为多组分大气细颗粒物的形成机制研究

污染城市大气细颗粒物含有大量黑炭（soot）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等成分，化石燃料燃烧形成的新鲜soot如何逐步附着上含硫酸盐、硝酸盐、有机物等进而演化为多组分大气细颗粒物的形成机制鲜有报道。本项目使用反应式串联差分电迁移率分析仪（Reactive-TDMA），在线观测甲烷、乙烷、丙烷及工业、家庭用天然气燃烧形成的新鲜soot颗粒吸附H2SO4、HNO3等大气污染物后，与NH3、有机胺进一步反应形成无机铵盐、有机铵盐形成大气细颗粒物的反应机理；阐明大气环境条件下，改变O3、H2O2等大气氧化性污染物浓度和在不同的相对湿度、温度条件下，soot复合无机盐、有机化合物演化为100 nm以上大气细颗粒物的形成机制。借助气溶胶飞行时间质谱仪等手段, 分析soot颗粒表面形成的无机盐和有机酸等化学组分变化特征，为深入剖析我国城市大气细颗粒物的形成机制，理解区域环境和气候变化研究打下坚实的基础。

本项目按照实施计划顺利完成。针对城市大气细颗粒物含有大量黑碳（soot）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等成分，开展了实验室模拟研究，并结合外场观测研究，形成主要成果：（1）利用自行研制的反应式串联差分电迁移率分析仪（Reactive-TDMA），对硫酸三乙胺盐的开展了天然气燃烧形成的新鲜soot，在吸附硫酸气体后，通入氨气、有机胺等反应，观察到Soot表面形成硫酸盐、硫酸有机胺盐演化为多组分大气细颗粒物的形成机制；（2）利用自行设计研制的专用燃烧炉、气溶胶烟雾箱和先进的大气颗粒物等测量仪器，基于我国三种主要农作物秸秆（玉米、小麦、水稻）产量及野外开放式燃烧比例情况，给出了秸秆燃烧排放的含Soot颗粒物和多环芳烃及烷基多环芳烃的准确定量化排放特征；（3）用电子透射电镜（TEM）、X-射线电子能谱（ESX）等手段对上海市区在收集到的834个样品进行了分析，发现碳质气溶胶可以分为四类：有机化合物聚合体（POC）、黑碳（soot）, 焦油球（tar ball）和生物体颗粒物（biogenic particle）。基于TEM-EDX分析表明，大部分颗粒物覆盖了二次有机气溶胶（SOA），许多颗粒中呈现硫酸盐、硝酸盐、有机物和Soot内混特征；（4）发现污染大气中雾水含有大量黑碳、无机成分及PAHs等污染物。大气颗粒物包括表面吸附硫酸的黑碳颗粒吸湿增长，在高相对湿度下作为云凝结核（CCN）形成雾。通过收集的雾水观测，发现许多雾水样品一些雾水颜色很黑，表明含有大量黑碳等污染物。上海采集的36个雾水样品的总离子浓度（TIC）呈现了强烈的季节变化。秋冬季节的雾水平均TIC是春夏季节的3倍多。. 该项研究为深入剖析我国城市含黑碳气溶胶复合无机盐、有机胺盐演化成为大气细颗粒物的形成机制起到积极作用，为理解区域环境和气候变化研究打下基础。. 本项目顺利完成，该项目至今发表标注论文SCI论文11篇，获上海市自然科学二等奖（排名第一）1项。1位博士生获得教育部“博士研究生学术新人奖”。一位博士后出站，培养研究生3人获博士学位、5人获硕士学位。现有5人、3人分别在读博士学位和硕士学位。