廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心揭示NO2非均相反應(yīng)對(duì)CaCO3吸濕性的影響
作為沙塵氣溶膠的一種重要組分,CaCO3與NO2的非均相反應(yīng)可能是大氣中HONO的重要來(lái)源之一,影響氮氧化物的轉(zhuǎn)化和去除以及臭氧的形成;同時(shí),該反應(yīng)也將生成硝酸鹽,從而顯著提高顆粒物的吸濕性。

圖1. 不同RH和反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)下NO2平均反應(yīng)攝取系數(shù)
中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心2017級(jí)碩博連讀生賈小紅同學(xué)(導(dǎo)師:唐明金研究員)研究了NO2與CaCO3在不同RH(0-80%)和不同反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)(3-24 h)條件下的非均相反應(yīng),使用了離子色譜儀和蒸汽吸附分析儀測(cè)定了反應(yīng)前后CaCO3顆粒物化學(xué)成分和吸濕性的變化。該研究發(fā)現(xiàn),NO2與CaCO3的非均相反應(yīng)中生成的硝酸鹽質(zhì)量占比最高可達(dá)約6.5%,生成的硝酸鹽通過(guò)攝取水分使顆粒物表面形成液膜進(jìn)而促進(jìn)反應(yīng)持續(xù)發(fā)生,NO2的平均攝取系數(shù)約為(1.21±0.45)×10-7(圖1)。此外,當(dāng)非均相反應(yīng)RH為20%-80%時(shí),反應(yīng)后的CaCO3在90% RH下吸附水與干燥狀態(tài)下未反應(yīng)初始CaCO3的質(zhì)量比(mw(90%)/m0)可達(dá)45%,這表明20%-80% RH下NO2與CaCO3非均相反應(yīng)能夠顯著提高CaCO3的吸濕性(圖2)。
上述研究結(jié)果表明NO2的非均相反應(yīng)能夠顯著改變CaCO3顆粒物的化學(xué)組分及吸濕特性,該結(jié)果將有助于我們認(rèn)識(shí)非均相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)氣溶膠成分和物化性質(zhì)的影響,進(jìn)而更好地了解礦質(zhì)氣溶膠在大氣傳輸過(guò)程中的演變過(guò)程及環(huán)境效應(yīng)。

圖2. 與NO2非均相反應(yīng)后CaCO3在90% RH下吸附水與干燥狀態(tài)下未反應(yīng)初始CaCO3質(zhì)量比(mw(90%)/m0)隨反應(yīng)時(shí)間變化
該項(xiàng)研究成果近期由Journal of Geophysical Research: Atmosphere在線發(fā)表,受到國(guó)家自然科學(xué)基金(42022050、91744204)和國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市大氣復(fù)合污染成因與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(CX2020080094)等項(xiàng)目的資助。主要合作者包括上海市環(huán)境科學(xué)研究院王紅麗高級(jí)工程師、中山大學(xué)王海潮副教授和中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王新明研究員等人。
文章信息:Jia, X.H., Gu, W. J., Peng, C., Li, R., Chen, L. X. D., Wang, H. L., Wang, H. C., Wang, X. M., and Tang, M. J.: Heterogeneous reaction of CaCO3 with NO2 at different relative humidities: kinetics, mechanisms, and impacts on aerosol hygroscopicity, J. Geophys. Res.-Atmos, 2021, https://doi.org/10.1029/2021JD034826
論文鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JD034826
(有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)

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