丙酮醛非均相反应过程对二次有机气溶胶的贡献研究

As an important constituent of the haze particles，secondary organic aerosol (SOA) has gotten much attention due to the effects of human health and climate change. Resent studies show that the heterogeneous reactions of methylglyoxal on aerosol make a significant contribution to global sources of SOA. However, at present the chemical mechanism and influence factors of the processes are very limited. It not only seriously restricts the understanding of secondary organic aerosol formation mechanism but also influences the accuracy of the model predicts. Therefore, according to the characteristics of combined pollution in our country, the aim of this project is to reveal the heterogeneous reactions of methylglyoxal on aerosol and the effect of aerosol species, relative humidity and temperature on the formation mechanism of SOA. Meanwhile, the concentration and distribution of methylglyoxal in atmospheric aerosol will be given by field measurements in Beijing. The experimental research combined with the field results will give insight into the contribution of heterogeneous reactions of methylglyoxal to the secondary organic aerosol. The results of this project will also provide more accurate physical and chemical parameters for model studies so that it will helpful for fixing the atmospheric quality models.

二次有机气溶胶（SOA）作为灰霾颗粒物的重要组成部分，由于危害人类健康以及影响气候变化而备受关注。近年来研究显示，丙酮醛在气溶胶上的非均相反应对SOA有重要贡献，然而目前该过程的化学机制以及影响要素的研究还非常有限，这不仅严重制约了对二次有机气溶胶生成机理的认识而且影响了模式预测的准确度。因此，本项目针对我国城市复合污染特点，研究丙酮醛在一次气溶胶表面的非均相过程，重点解析颗粒物种类、相对湿度和温度等对丙酮醛转化为二次有机气溶胶的影响机制。同时，通过结合北京地区真实大气颗粒物采样分析，揭示城市大气颗粒物中丙酮醛含量、变化规律和影响因素等。通过对比实验室模拟和外场观测结果，不仅希望有助于判断城市复合污染条件下丙酮醛非均相过程对二次有机气溶胶的贡献；而且希望为模式计算提供更为精确的物理化学参数，为进一步修正空气质量模型提供依据。

丙酮醛在气溶胶上的非均相反应对二次有机气溶胶有重要贡献，然而目前该过程的化学机制以及影响要素的研究还非常有限，这不仅严重制约了对二次有机气溶胶生成机理的认识而且影响了模式预测的准确度。针对此问题，本项目对北京地区大气气溶胶中丙酮醛进行外场观测研究，建立了分析气溶胶丙酮醛含量方法。另外，在接近大气实际温度范围内，测定了丙酮醛相关化合物在矿物气溶胶等典型大气气溶胶上摄取系数、反应活化能和吸附/反应焓等动力学和热力学参数。利用光谱方法系统地研究了丙酮醛相关化合物在颗粒物上的结合方式，揭示非均相反应通道，并研究该非均相过程中气溶胶物理化学性质的变化。目前本项目按照项目任务书设定，已完全按照计划执行该项目并顺利完成计划内容。主要研究成果总结如下：.1、自项目启动后开始在中国气象科学研究院楼顶利用minivol采样器进行为期一年的石英膜采样外场观测实验。截至目前已经收集到了240张石英膜样品，对北京地区PM2.5进行了化学组分分析，建立了大气气溶胶中丙酮醛采样、提取及分析技术。.2、首次获取不饱和有机酸在典型矿物气溶胶表面非均相反应一系列动力学参数，提出非均相反应是大气中不饱和有机酸的一种重要去除过程，更新了传统认识。不饱和有机酸与矿尘气溶胶的非均相反应可以影响有机酸的大气浓度，尤其是在矿尘气溶胶浓度较高的区域这一反应发挥的作用更大。.3、从分子水平解析了有机酸在颗粒物表面吸附以及反应过程，首次获取此非均相反应过程的温度-动力学经验公式，为模式研究提供了基础参数。结果证实丙烯酸与亚利桑那土的非均相反应可以影响大气丙烯酸的浓度，尤其是在具有高质量浓度的亚利桑那土且温度较低的区域，该过程的作用更加明显。.4、提出了非均相复合污染在二次气溶胶形成中的重要性，其直接改变气溶胶表面物理化学性。.