非均相化學(xué)反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物光學(xué)特性的影響.pdf

1、礦塵是對(duì)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(guò)直接散射和吸收太陽(yáng)光對(duì)地氣輻射收支平衡造成影響。礦塵氣溶膠是大氣多相反應(yīng)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(xué)反應(yīng),進(jìn)而改變礦塵氣溶膠的化學(xué)組成、光學(xué)性質(zhì)等微觀特性。礦塵與海鹽氣溶膠在大氣傳輸過(guò)程中形成的混合氣溶膠與SO2反應(yīng)也會(huì)對(duì)氣溶膠粒子造成類(lèi)似的影響。迄今為止,有關(guān)SO2在礦塵氣溶膠表面非均相反應(yīng)的研究多集中于反應(yīng)

2、機(jī)理等方面,然而其對(duì)礦塵粒子光學(xué)特性影響的研究相對(duì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并結(jié)合離子色譜、透射電鏡等分析手段和光學(xué)理論計(jì)算,對(duì)SO2在礦塵、礦塵-海鹽混合顆粒物表面非均相化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的硫酸鹽生成量及顆粒光學(xué)性質(zhì)變化進(jìn)行了研究。此外,還采用Xe燈對(duì)反應(yīng)進(jìn)行照射,模擬太陽(yáng)光對(duì)非均相反應(yīng)過(guò)程及礦塵顆粒光學(xué)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(xué)反應(yīng)的模擬結(jié)果表明,SO2與不同氧化物組分非均相反應(yīng)對(duì)粒子光學(xué)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(yīng)過(guò)程中粒子光學(xué)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(duì)SO2與不同氧化物組分非均相反應(yīng)有一定的抑制作用。
　　不同反應(yīng)條件下SO2與α-Fe2O3非

4、均相化學(xué)反應(yīng)的模擬結(jié)果顯示,溫度、SO2和O2濃度對(duì)非均相反應(yīng)產(chǎn)生重要影響。粒子光學(xué)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(shì),隨SO2濃度(0.51-18.6ppm)的升高呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),隨O2濃度的升高呈現(xiàn)先增加(0％-21％)后減小(21％-40％)的趨勢(shì)。此外,光學(xué)系數(shù)和硫酸鹽生成量呈現(xiàn)反應(yīng)初期快速增加、中期遞減、后期緩慢減小的變化趨勢(shì)。
　　SO2與混合氣溶膠(α-Fe2O3-

5、NaCl)、(α-Fe2O3-KCl)和(中國(guó)黃土樣品-NaCl)非均相化學(xué)反應(yīng)的模擬結(jié)果顯示,粒子光學(xué)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(shì)。對(duì)于SO2與純中國(guó)黃土反應(yīng),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(wú)Xe照射大,而SO2與NaCl-中國(guó)黃土混合物反應(yīng),吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)以及硫酸鹽生成量在無(wú)Xe燈照射下比