廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心揭示有機(jī)硫酸酯氣溶膠的吸濕性
有機(jī)硫酸酯是一類重要的二次有機(jī)氣溶膠,其質(zhì)量濃度最高可達(dá)有機(jī)氣溶膠的30%左右,具有不可忽視的環(huán)境和氣候效應(yīng)。然而,目前關(guān)于有機(jī)硫酸酯氣溶膠吸濕性及云凝結(jié)核活性的科學(xué)認(rèn)識還非常有限。

圖1. 十一種代表性有機(jī)硫酸酯的化學(xué)式
與美國馬里蘭大學(xué)、中國科學(xué)院化學(xué)研究所、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所等國內(nèi)外單位合作,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心彭超博士(合作導(dǎo)師:唐明金研究員)使用蒸汽吸附分析儀、吸濕性串級差分電遷移率分析儀、云凝結(jié)核計(jì)數(shù)儀,研究了十一種代表性有機(jī)硫酸酯(見圖1)的吸濕性和云凝結(jié)核活性。研究發(fā)現(xiàn),不同樣品的吸濕性存在著很大的差異:甲基、乙基、辛基和羥基丙酮硫酸酯具有較強(qiáng)的吸濕性,而十二烷基硫酸酯及六種芳香烴類硫酸酯在相對濕度為90%時(shí)仍未表現(xiàn)出顯著的吸濕增長。對于甲基、乙基及辛基硫酸酯,其吸濕性及云凝結(jié)核活性均隨著碳鏈長度的增加而減小,表明憎水性碳?xì)涔倌軋F(tuán)的增加將顯著降低有機(jī)硫酸酯的吸濕性。
圖2. 甲基、乙基、辛基硫酸酯及其與硫酸銨內(nèi)混氣溶膠在亞飽和(κgf)及過飽和(κccn)條件下的吸濕性參數(shù)
基于實(shí)驗(yàn)測量的吸濕增長因子和云凝結(jié)核活性,他們計(jì)算了甲基、乙基及辛基硫酸酯在亞飽和(相對濕度小于100%)與過飽和(相對濕度大于100%)條件下的吸濕性參數(shù)κ值。如圖2所示,對于甲基和乙基硫酸酯,兩種條件下得到的κ值非常吻合,相對差異小于25%;而對于辛基硫酸酯,過飽和條件下得到的κ值是亞飽和條件下的2.4倍。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),溶解度的限制以及液滴表面張力的降低是辛基硫酸酯的吸濕性參數(shù)在亞飽和與過飽和條件下存在較大差異的主要原因。
該研究受到基金委“中國大氣復(fù)合污染的成因與應(yīng)對機(jī)制的基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目(91744204)、博士后面上基金(2020M682931)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFC0213901)和中國科學(xué)院對外合作重點(diǎn)項(xiàng)目(132744KYSB20160036)等項(xiàng)目的資助。
文章信息:Peng, C., Razafindrambinina, P. N., Malek, K. A., Chen, L. X. D., Wang, W. G., Huang, R. J., Zhang, Y. Q., Ding, X., Ge, M. F., Wang, X. M., Asa-Awuku, A. A., and Tang, M. J.: Interactions of organosulfates with water vapor under sub- and supersaturated conditions, Atmos. Chem. Phys., 21, 7135-7148, 2021.
(有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)

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