羰基硫与大气气溶胶典型氧化物的多相反应机理研究

论文摘要

羰基硫（COS）是大气最丰富的含硫气体之一。羰基硫相对惰性,通过传质作用上升到平流层,并在平流层底部发生光解形成SO2,并最终形成硫酸盐气溶胶,是非火山爆发期平流层硫酸盐气溶胶的主要来源。平流层硫酸盐气溶胶可提供大气多相反应界面,引起臭氧损耗,影响大气辐射平衡,导致全球气候变化。另外研究表明大气气溶胶能作为反应界面与大气中痕量污染气体反应,形成二次气溶胶,影响大气化学组成。因此对羰基硫与大气气溶胶的多相反应的研究,对评估硫酸盐气溶胶的形成,揭示大气中COS对全球环境影响具有重要意义。本文以原位红外漫反射红外光谱（DRIFTS）为测定基础的观测反应体系,并结合离子色谱（IC）、拉曼光谱（Raman）等分析手段,对COS在大气典型氧化物表面的多相反应进行了研究,主要结论如下:一、研究了COS在多种氧化物表面的多相反应过程,发现COS可在α-Al2O3、α-Fe2O3和a-FeOOH表面发反应生成气态产物CO2,表面产物SO42-或HCP3-/CP32-。对于α-Fe2O3,其中约70%的COS的氧化为表面活性氧作用,其余30%的COS的氧化为表面羟基及其他活性位的作用。并计算了不同氧化物的吸附系数,提出了可能的反应机理。二、研究了COS与α-Fe2O3/NaCl混合物、α-Al2O3/NaCl混合物的反应,发现NaCl的加入抑制氧化物对COS的反应活性,并采用二氧化碳预吸附,拉曼光谱等表面表征技术,对混合物表面特征进行了探讨。三、研究了碱性气体对该多相反应的影响,发现碱性气体的预吸附大大促进了多种氧化物对COS的吸收转化能力,预吸附气体的碱性强度越大,其催化能力越强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 大气气溶胶的基本特性
• 1.2 大气多相化学过程
• 1.2.1 矿尘气溶胶
• 1.2.2 海盐气溶胶
• 1.2.3 混合气溶胶
• 1.3 大气中的COS概述
• 1.3.1 COS的源和汇
• 1.3.2 COS的多相反应
• 1.4 本论文研究目的
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 大气气溶胶典型氧化物的选择
• 2.1.2 样品采集,制备及其表征
• 2.1.3 实验标准气体
• 2.2 原位漫反射红外分析
• 2.2.1 原位红外监测
• 2.2.2 程序升温实验
• 2.2.3 碱性气体预吸附实验
• 2预吸附实验'>2.2.4 CO₂预吸附实验
• 2.3 固态样品表征
• 2.3.1 IC表征
• 2.3.2 Raman表征
• 第三章 COS与矿尘典型氧化物的多相反应
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 2O₃反应的原位DRIFTS监测'>3.2.1 COS和α-Fe₂O₃反应的原位DRIFTS监测
• 3.2.2 静态体系和流动体系的反应结果的比较
• 3.2.3 氧气在反应中的作用
• 3.2.4 表面羟基及水分在反应中的作用
• 2预吸附实验'>3.2.5 CO₂预吸附实验
• 3.2.6 反应机理初探
• 3.2.7 COS在α-FeOOH表面的多相反应
• 2O₃表面的多相反应'>3.2.8 COS在α-Al₂O₃表面的多相反应
• 3.2.9 COS在不同氧化物表面的多相反应比较
• 3.3 小结
• 第四章 COS与矿尘典型氧化物和NaCl混合物的多相反应
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 2O₃/NaCl混合物对COS的反应能力比较'>4.2.1 不同质量比的α-Fe₂O₃/NaCl混合物对COS的反应能力比较
• 4.2.2 反应产物的IC分析
• 2预吸附实验'>4.2.3 CO₂预吸附实验
• 4.2.4 Raman光谱对混合物的表面表征
• 2O₃和NaCl混合物的多相反应'>4.2.5 COS与α-Al₂O₃和NaCl混合物的多相反应
• 4.3 小结
• 第五章 COS与矿尘典型氧化物的碱催化反应
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 2O₃和α-Al₂O₃与COS的多相反应'>5.2.1 预吸附吡啶的α-Fe₂O₃和α-Al₂O₃与COS的多相反应
• 5.2.2 升温预处理实验
• 2O₃与COS反应的催化能力比较'>5.2.3 不同碱性强度的气体对α-Al₂O₃与COS反应的催化能力比较
• 5.2.4 吡啶在不同样品表面的碱催化能力比较
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 项目资助
• 致谢