二次無機氣溶膠

二次無機氣溶膠

二次無機氣溶膠,就是指排放到大氣中的氣態或顆粒態污染物發生化學反應(主要是紫外光、臭氧、OH自由基等引起的光化學反應)形成新的大氣顆粒物。在實際中,所有未知來源的污染物都可以稱為二次無機氣溶膠。

氣溶膠

何為氣溶膠

氣溶膠是液態或固態微粒在空氣中的懸浮體系。它們能作為水滴和冰晶的凝結核(見大氣凝結核、大氣冰核)、太陽輻射的吸收體和散射體,並參與各種化學循環,是大氣的重要組成部分。霧、煙、霾、輕霧(靄)、微塵和煙霧等,都是天然的或人為的原因造成的大氣氣溶膠。

氣溶膠的分類

氣溶膠按其來源可分為一次氣溶膠(以微粒形式直接從發生源進入大氣)和二次氣溶膠(在大氣中由一次污染物轉化而生成)兩種。它們可以來自被風揚起的細灰和微塵、海水濺沫蒸發而成的鹽粒、火山爆發的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源,也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸以及各種工業排放的煙塵等人為源。

二次氣溶膠

界定

空氣污染的重要組成空氣污染的重要組成

把土壤塵、燃煤、生物質燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業污染這些作為明確知道來源,還未發生複雜轉化的空氣顆粒污染物,作為“一次氣溶膠”。而已經發生了複雜轉化和物理化學反應,難以明確界定空氣顆粒污染物的明確初始來源的都稱為“二次無機氣溶膠”。

形成

二次氣溶膠產生的光化學反應很複雜,很多大氣污染物(如NOx、SO2、VOCs、O3等)均可以參與到光化學反應中,而且反應也分為氣態污染物之間的反應以及污染物在大氣顆粒物界面上的反應等。也正是因為這個複雜性,“二次氣溶膠”可以認為是污染物源解析的一個源頭,不論什麼來源的污染物最終都可能被歸入到“二次氣溶膠”中。

二次氣溶膠的產生過程里,汽車尾氣中的氮氧化物,煤炭燃燒產生的二氧化硫都是參與這些複雜變化、誕生二次氣溶膠的最重要物質來源。含硫煤炭的燃燒,汽油柴油的燃燒所產生的氣態污染物如二氧化硫、氮氧化物他們在空氣中往往會繼續氧化轉化成硫酸鹽和硝酸鹽,變成顆粒污染物,而這些顆粒污染物還不會停止轉化,會吸附空氣中水汽,變成小液滴,轉化仍然不會停止,酸性小液滴會繼續吸附其它一次、二次污染物(如土壤來源的無機塵土,生物質不完全燃燒產生的複雜有機物)進而繼續不斷相互反應,繼續轉化。於是,煤炭、汽車、生物質燃燒產生的污染物就轉化成所謂的“二次氣溶膠”了。

擴散

大氣氣溶膠可以輸送幾百、幾千甚至上萬千米,引起區域性和全球性污染。中科院研究表明,來自北京南部的氣流常攜帶較高濃度的二次無機氣溶膠和含碳氣溶膠,西北向的氣團則含有較多的土壤塵和含碳氣溶膠。據統計,周圍其他城市輸送給濟南市的PM2.5占總來源的15%以上,因此治理霧霾不僅僅是一城一市的責任。

組成

二次無機氣溶膠,包括硫酸鹽硝酸鹽銨鹽等無機粒子。作為二次無機氣溶膠的硝酸鹽,實現了由氣態尾氣到顆粒物的轉變,成為PM2.5的組成物質。

在霧霾中所占比重

中科院大氣物理研究所研究員張仁健課題組與同行合作,對北京地區PM2.5化學組成及源解析季節變化研究發現,北京PM2.5有6個重要來源,分別是土壤塵、燃煤、生物質燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業污染和二次無機氣溶膠,這些源的平均貢獻分別為15%、18%、12%、4%、25%和26%。北京發生霧霾時,來自南向的氣流會使二次無機氣溶膠的濃度變得很大。

爭議

結論遭到了霧霾研究專家、曾因大氣污染物的研究項目獲得國家自然科學獎二等獎的復旦大學莊國順教授的質疑,莊國順教授昨天表示,機動車尾氣排放對於霧霾的貢獻遠遠不止4%,該研究文章最基本的錯誤是將二次無機氣溶膠也歸類為霧霾的來源,而二次無機氣溶膠的主要來源卻是汽車尾氣的排放。

莊國順解釋,中科院的這份研究最大的錯誤是把霧霾來源分成六個部分,最大的一部分是二次無機氣溶膠,但是二次無機氣溶膠是不能作為霧霾來源的。二次無機氣溶膠指的是霧霾形成的構成,如硫酸銨、硝酸銨、有機酸鹽,這一部分叫做二次無機氣溶膠,這部分物質吸水性很強,就很容易在空氣中形成霧霾,一吸水就膨脹,顆粒物就瀰漫在空氣當中,形成霧霾。

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