氨气及有机胺影响硫酸盐生成机制的烟雾箱研究

Sulfate is one of the most important components of fine particulate matters during haze periods in China. However, there are still many uncertainties in its formation mechanism. Ammonia and amine are typical alkaline gases in the atmosphere. Compared with the influences of ammonia on the formation of sulfate via heterogeneous reactions, the effects of amine on sulfate formation is still lacking of relative studies. The effects of different kinds of aerosol particles on the sulfate formation are still not clear enough. Divergences still exist on the mechanism of oxidation SO2 by NO2. To solve these scientific questions, the mechanism of sulfate formation in SO2/NO2/seed system will be studied in a quasi-atmospheric aerosol evolution study (QUALITY) chamber both in the room and the outside atmosphere. The influences of ammonia and amine on sulfate formation will be fully investigated. Based on the laboratory and field chamber studies, some results will be given: a) the contributions and differences of ammonia/amine to sulfate formation under different aerosol particles conditions; b) whether a synergistic effect occurs on sulfate formation or not when the mixture of ammonia and amine introduces into the SO2/NO2/seed system, and c) the uptake coefficient of SO2 under different reaction conditions will be obtained. The results of this project will be not only useful for improving the understanding on the atmospheric sulfate aerosol chemistry but also important to provide scientific basises for the improvement of air quality in China.

硫酸盐是我国灰霾期大气细颗粒物中的重要组成，但其形成机制目前仍存在很多不确定性。氨气和有机胺是大气中广泛存在的碱性气体，但氨气和有机胺通过非均相反应对硫酸盐生成影响的差异目前尚缺乏系统的研究；不同种子颗粒物对硫酸盐生成机制的影响仍不完全清楚；NO2氧化SO2的化学反应机制仍然存在分歧。针对以上科学问题，本项目将利用动态烟雾箱系统，以实验室烟雾箱模拟和外场烟雾箱模拟相结合的方式，研究SO2/NO2/seed反应体系中硫酸盐的生成过程，重点分析氨气及有机胺对硫酸盐生成的影响。通过多种气相和颗粒相检测手段，分析氨气和有机胺在不同种子颗粒物条件下对硫酸盐生成的贡献及差异；明确有机胺和氨气在硫酸盐生成过程中是否存在协同效应；并获得不同反应条件下SO2的摄取系数，为模式模拟提供参数化方案。通过本项目研究，将进一步明确硫酸盐生成的影响因素及其机制，为我国空气质量持续改善提供科学依据。

氨气及有机胺是大气环境中重要的碱性气体，对大气化学过程存在重要影响。针对硫酸盐生成机制尚未完全清楚，且碱性气体对硫酸盐的影响尚缺乏系统研究的现状，本项目主要利用烟雾箱系统并结合外场观测进行了相关研究。研究结果表明：(1)氨气可以提高SO2在颗粒相中的溶解度并对液滴酸度起到一定的调节作用，从而促进NO2氧化SO2生成硫酸盐反应的进行，导致高氨环境条件下硫酸盐的大量生成，我们的研究表明控制氨气排放可能是我国有效减轻雾霾污染的重要措施之一；(2)在SO2/NO2/NH3/seed反应体系中，NO2通过与SO2发生氧化还原反应生成较大量的HONO，且HONO生成量与NH3呈较好的正相关性，表明NO2与SO2发生氧化还原反应是大气环境中HONO的重要来源途径之一；(3)在我国复合污染大气环境中，NO2与O3对于硫酸盐的生成可以起到协同促进作用，从而极大的提高了复合污染环境中硫酸盐的生成量；(4)在NO2-SO2-NaCl反应体系中，有机胺的存在可以显著促进反应体系中颗粒物的形成，表明有机胺对于霾污染天气存在重要影响。本项目通过对硫酸盐生成过程的研究，完善了硫酸盐生成机制，明确了碱性气体对大气化学过程的作用与影响。该研究为模拟复合型污染情况下的污染预报模式的改进提供了科学依据。