非均相化學反應對礦質(zhì)顆粒物光學特性的影響.pdf

1、礦塵是對流層氣溶膠的主要成分,主要由Al2O3、Fe2O3、SiO2和CaO等氧化物組成,可以通過直接散射和吸收太陽光對地氣輻射收支平衡造成影響。礦塵氣溶膠是大氣多相反應特性最活躍的氣溶膠粒子之一,能夠與SO2氣體發(fā)生非均相化學反應,進而改變礦塵氣溶膠的化學組成、光學性質(zhì)等微觀特性。礦塵與海鹽氣溶膠在大氣傳輸過程中形成的混合氣溶膠與SO2反應也會對氣溶膠粒子造成類似的影響。迄今為止,有關SO2在礦塵氣溶膠表面非均相反應的研究多集中于反應

2、機理等方面,然而其對礦塵粒子光學特性影響的研究相對較少。
　　本文利用傅立葉紅外光譜儀、紅外漫反射(DRIFTS)及懷特池等實驗系統(tǒng),并結(jié)合離子色譜、透射電鏡等分析手段和光學理論計算,對SO2在礦塵、礦塵-海鹽混合顆粒物表面非均相化學反應導致的硫酸鹽生成量及顆粒光學性質(zhì)變化進行了研究。此外,還采用Xe燈對反應進行照射,模擬太陽光對非均相反應過程及礦塵顆粒光學性質(zhì)的影響。
　　SO2與礦塵氣溶膠典型組分(SiO2、α-Fe2O

3、3、α-Al2O3和CaO)、含鐵氣溶膠典型代表(α-Fe2O3、Fe3O4、γ-Fe2O3和α-FeOOH)非均相化學反應的模擬結(jié)果表明,SO2與不同氧化物組分非均相反應對粒子光學特性和硫酸鹽生成的影響存在很大的差別,并且SO2與不同氧化物組分非均相反應過程中粒子光學性質(zhì)劇烈變化僅出現(xiàn)在紅外波段800-1300cm-1。另外,Xe照射對SO2與不同氧化物組分非均相反應有一定的抑制作用。
　　不同反應條件下SO2與α-Fe2O3非

4、均相化學反應的模擬結(jié)果顯示,溫度、SO2和O2濃度對非均相反應產(chǎn)生重要影響。粒子光學性質(zhì)和硫酸鹽生成量隨溫度的升高而呈現(xiàn)先增加(15-35℃)后減小(35-45℃)的趨勢,隨SO2濃度(0.51-18.6ppm)的升高呈現(xiàn)增加的趨勢,隨O2濃度的升高呈現(xiàn)先增加(0％-21％)后減小(21％-40％)的趨勢。此外,光學系數(shù)和硫酸鹽生成量呈現(xiàn)反應初期快速增加、中期遞減、后期緩慢減小的變化趨勢。
　　SO2與混合氣溶膠(α-Fe2O3-

5、NaCl)、(α-Fe2O3-KCl)和(中國黃土樣品-NaCl)非均相化學反應的模擬結(jié)果顯示,粒子光學性質(zhì)和硫酸鹽生成量隨混合氣溶膠(α-Fe2O3-NaCl)和(α-Fe2O3-KCl)中NaCl、KCl比例的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。對于SO2與純中國黃土反應,其吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)以及硫酸鹽生成量均在Xe燈照射下比無Xe照射大,而SO2與NaCl-中國黃土混合物反應,吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)以及硫酸鹽生成量在無Xe燈照射下比