發現氮氧化物與空氣中的硫酸鹽,有助於解決霧濛濛的空氣汙染!

以相對高溼度、低能見度和極高PM2。5為特徵的濃霧時段一直是包括中國大陸在內許多特大城市的頭疼問題。在直徑小於2。5微米(PM2。5)的汙染物中,空氣中的硫酸鹽是大氣中二氧化硫(SO2)氧化形成霧霾空氣汙染的最常見成分之一。雖然二氧化硫和空氣中硫酸鹽形成之間的反應物,產物聯絡是眾所周知的,但使這種轉化成為可能的複雜氧化劑和機理並不是眾所周知的。其研究發表在《自然地球科學》期刊上。

發現氮氧化物與空氣中的硫酸鹽,有助於解決霧濛濛的空氣汙染!

特別是,氮氧化物在硫酸鹽生產中的作用尚不清楚。控制硫酸鹽汙染一直困擾著研究人員和政府,與氮氧化物不同,硫酸鹽汙染不是直接從汙染源產生的,氮氧化物顯然是從汽車尾氣以及煤炭、柴油和天然氣等化石燃料的燃燒中排放出來。這是第一次系統地研究氮氧化物在影響氧化劑中的多重作用,這些氧化劑使這一系列化學反應成為可能。由科大化學系和環境與可持續發展系教授餘建珍教授領導的研究小組與加州理工大學合作:

發現氮氧化物與空氣中的硫酸鹽,有助於解決霧濛濛的空氣汙染!

根據化學環境的不同,確定了氮氧化物在硫酸鹽生產中扮演的三個不同角色的三種形成機制。在低NOx條件下,NOx催化SO2的有效氧化劑羥自由基的迴圈,從而促進硫酸鹽的生成。在霧霾條件下常見的極高NOx水平下,NOx型別是SO2的主要氧化劑,因此也促進了硫酸鹽的形成。但在中、高濃度氮氧化物的環境中,二氧化氮(氮氧化物家族的一員)實際上會充當羥基自由基的匯,從而抑制二氧化硫的氧化,從而抑制硫酸鹽的形成。

發現氮氧化物與空氣中的硫酸鹽,有助於解決霧濛濛的空氣汙染!

這些結果表明,為了降低高汙染霾條件下的硫酸鹽水平,有必要同時控制SO2和NOx的排放。然而,由於NOx在排放中等高的情況下會抑制硫酸鹽形成,因此在這樣的環境下抑制NOx會提高空氣中的硫酸鹽水平。由於硫酸鹽是在大氣中形成,不能直接控制,所以必須針對其前體成分(如二氧化硫和氮氧化物)。有效減少空氣中的硫酸鹽含量有賴於對其與其前體之間定量關係的瞭解。這項研究奠定了概念框架,以描繪硫酸鹽與其一組可控前體氮氧化物(NOx)的關係。

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NOx的低濃度和極高濃度都會促進硫酸鹽產生,政策制定者在試圖控制硫酸鹽的排放時應注意這一點。由於硫酸鹽是導致霧霾形成和酸雨的主要成分之一,這項研究為制定更有效的措施,來瞄準這類事件中涉及的這種主要汙染物奠定了基礎,這些汙染物不僅會遮擋視線或使水環境更加酸性,而且還會危及人類健康。有了更多的瞭解和更好地控制,這將促使空氣質量的改善,並更好地保護整個公共衛生和生態系統。

發現氮氧化物與空氣中的硫酸鹽,有助於解決霧濛濛的空氣汙染!

博科園|研究/來自:香港科技大學

參考期刊《自然地球科學》

DOI: 10。1038/s41561-019-0485-5

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