丙烷、异丁烷及异己烷光氧化的烟雾箱研究

论文摘要

本论文利用烟雾箱对丙烷、异丁烷和异己烷光化学臭氧活性进行了研究,主要研究了相对湿度（RH）以及反应物初始浓度比值对这些物种的光化学反应的影响,并将实验数据与MCMv3.1中烷烃子机理的模拟结果进行了对比分析。在丙烷-NOx光化学反应体系中,臭氧最大值（O3max）、丙烷的臭氧生成活性最大值（IRmax）以及臭氧到达峰值所需时间都随RH的增大而减小。在较低RH时,IRmax变化范围为0.0231～4).0391；而较高RH时,IRmax变化范围为0.0172～0.0320。在反应进行到4-20h内,RH为17%时,丙酮浓度为153ppb～364ppb;而RH为62%时,丙酮浓度为167ppb～302ppb。臭氧最大值随着丙烷与NOx初始浓度比值增加而减少,在低RH时线性负相关性更好。利用了MCM丙烷子机理对反应进行了数值模拟,并与实验结果进行比较,发现两者还存在较大的偏差。在异丁烷-NOx光化学反应体系中,生成的O3max与RH呈现线性负相关性,随RH的增加,臭氧到达峰值所需时间、异丁烷的IRmax和丙酮生成量都呈减小趋势。反应生成的O3max和异丁烷与NOx初始浓度比值呈线性负相关性,在反应到4h时,比值低时丙酮的生成量高,8h之后呈现相反趋势。O3max的实验结果比MCM模拟结果大5%～20%,臭氧到达峰值所需时间的实验结果约为MCM模拟结果的5倍。丙酮生成量的实验结果小于MCM模拟结果,随着反应的进行二者偏差有减小趋势。异己烷-NOx化学反应体系中,由于反应开始引入了HONG,反应开始会生成OH自由基,RH对O3max和臭氧到达峰值所需时间以及丙酮生成量的影响都不大,但随RH加O3max有稍减小趋势。加入的HONG初始浓度对反应体系影响较大,当HONO浓度从120.5ppb增加到275ppb时,产生O3max增加了48%；IRmax增加了51%；丙酮和丙醛的平均生成量分别增加54%和34%。当HONO初始浓度从275ppb增加到427ppb时,臭氧峰值以及IRmax几乎不变,丙酮和丙醛的平均生成量增加也较小,分别增加9%和7%。MCM异己烷子机理模拟臭氧及氮氧化物与实验结果具有较好的一致性。丙酮生成量的模拟结果与实验结果有相同的趋势,但实验结果明显高于模拟结果,分析了模拟结果与实验数据之间产生误差的原因。

论文目录

摘要

ABSTRACT

符号说明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 大气中典型烷烃物种及其来源

1.3 数值模拟简介

1.4 国内外研究进展

1.5 研究课题简介

1.5.1 课题来源

1.5.2 研究的目的和意义

1.5.3 本文研究方法及主要工作

第二章丙烷的光氧化臭氧活性

2.1 烟雾箱模拟实验系统简介

2.2 实验部分

2.2.1 壁效应实验

2.2.2 丙烷和丙酮的标准曲线

2.2.3 有效光强的测定

2.2.4 背景气的臭氧生成活性

x光化学反应'>2.2.5 丙烷与NO_x光化学反应

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 MCM模拟结果与实验结果对比

3H₈-NO_x光化学反应体系中OH自由基'>2.3.2 C₃H₈-NO_x光化学反应体系中OH自由基

3H₈]₀/[NO_x]₀比值以及相对湿度对C₃H₈-NO_x光化学反应体系的影响'>2.3.3 [C₃H₈]₀/[NO_x]₀比值以及相对湿度对C₃H₈-NO_x光化学反应体系的影响

2.4 小结

第三章异丁烷的光氧化臭氧活性

3.1 实验部分

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 异丁烷标准曲线

3.2.2 MCM模拟结果与烟雾箱实验结果对比

x光化学反应的影响'>3.2.3 相对湿度对异丁烷-NO_x光化学反应的影响

4H₁₀]_/[NO_x]₀比值对IC₄H₁₀-NO_x光化学反应的影响'>3.2.4 [IC₄H₁₀]_/[NO_x]₀比值对IC₄H₁₀-NO_x光化学反应的影响

3.3 小结

第四章异己烷的光氧化臭氧活性

4.1 实验部分

4.1.1 实验材料与设备

4.1.2 实验方法与实验设计

4.2 结果与讨论

4.2.1 丙醛标准曲线

4.2.2 MCM模拟与实验结果对比

4.2.3 相对湿度对异己烷光化学反应的影响

4.2.4 初始HONO浓度对异己烷光化学反应的影响

4.3 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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