SO2与大气气溶胶典型组分的光化学反应研究

论文摘要

SO2是大气中主要的含硫污染气体之一，由于SO2是酸雨的重要前体物，因而关于SO2在大气环境中的迁移、转化规律一直是大气化学研究的热点。全球有一半以上的SO2在大气中被氧化成硫酸或硫酸盐气溶胶，而在气溶胶表面的多相反应是其重要消耗通道。矿尘和海盐颗粒物则是大气气溶胶的重要组成部分。SO2在矿尘或海盐颗粒物表面的光化学反应是大气中的一个普遍现象，同时也是大气化学过程的重要组成部分。迄今为止，对SO2在大气气溶胶表面的多相反应的研究多集中于无光照条件的反应阶段。因而，研究矿尘、海盐及其混合颗粒气溶胶的多相光化学转换机制具有现实意义和深远环境意义。本文用傅立叶红外光谱仪配以红外漫反射（DRIFTS）和怀特池附件为基础，并结合离子色谱、扫描电镜、X射线荧光光谱等分析手段，对SO2在矿尘、海盐及其混合颗粒物表面的多相光化学反应的动力学过程和反应机理进行了研究。一、以α-Fe2O3作为简单矿尘氧化物模型，SO2为目标污染物，用氙灯模拟太阳光，研究了SO2在α-Fe2O3表面上的多相光化学反应。结果表明，在无光和有光两种条件下，α-Fe2O3表面均生成硫酸盐，但硫酸盐的生成量和生成速率不同。模拟太阳光照射下，反应4 h后光照条件下硫酸盐生成量略低于暗反应。二、以α-Fe2O3／NaCl混合物作为矿尘和海盐混合气溶胶模型，SO2为目标污染物，用氙灯模拟太阳光，对混合气溶胶表面发生的多相光化学反应展开初步研究。结果表明，在NaCl质量含量为70％时，在无光和有光条件下生成硫酸盐的量均为最大值，4 h反应时间内光反应生成硫酸盐的量是无光条件下的1．48倍，光照条件促进了NaCl-Fe2O3混合物表面硫酸盐的生成。三、研究了SO2分别与SiO2、Al2O3、CaO、MgO、黄土和NaCl的混合颗粒物的多相光化学反应。研究发现，选用单一的矿尘氧化物作为模型，计算得出的反应吸附系数值均比真实黄土样品反应的数值高1-3个数量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 大气气溶胶概述
• 2在大气气溶胶表面的反应'>1.2 SO₂在大气气溶胶表面的反应
• 2在矿尘颗粒物表面的反应'>1.2.1 SO₂在矿尘颗粒物表面的反应
• 2在海盐颗粒物表面的反应'>1.2.2 SO₂在海盐颗粒物表面的反应
• 2在矿尘/海盐混合颗粒物表面的反应'>1.2.3 SO₂在矿尘/海盐混合颗粒物表面的反应
• 2在大气气溶胶表面的反应'>1.3 光诱导下SO₂在大气气溶胶表面的反应
• 1.4 本论文的研究目的
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.1.1 实验所用气体
• 2.1.2 固体样品试剂
• 2.1.3 固体样品的物理特性表征
• 2.2 实验仪器
• 2.2.1 傅立叶红外光谱仪（FTIR）
• 2.2.2 X射线荧光光谱仪（XRF）
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.4 离子色谱仪（IC）
• 2.2.5 氙灯光源系统
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 原位红外静态反应
• 2.3.2 原位红外动态反应
• 2和α-Fe₂O₃的光化学反应'>第三章 SO₂和α-Fe₂O₃的光化学反应
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 2的原位FTIR观测'>3.2.1 反应气体SO₂的原位FTIR观测
• 4^2-的原位DRIFTS监测'>3.2.2 反应产物SO₄^2-的原位DRIFTS监测
• 2与α-Fe₂O₃光化学反应动力学研究'>3.2.3 SO₂与α-Fe₂O₃光化学反应动力学研究
• 2浓度对SO₂与α-Fe₂O₃光化学反应的影响'>3.2.4 O₂浓度对SO₂与α-Fe₂O₃光化学反应的影响
• 2O₃与SO₂的反应'>3.2.5 草酸或腐殖酸预处理的α-Fe₂O₃与SO₂的反应
• 2O₃与SO₂反应前后的表面性质分析'>3.2.6 α-Fe₂O₃与SO₂反应前后的表面性质分析
• 3.2.7 初探反应机理
• 3.3 小结
• 2和NaCl-Fe₂O₃混合物的光化学反应'>第四章 SO₂和NaCl-Fe₂O₃混合物的光化学反应
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 2O₃混合反应的原位DRIFTS监测'>4.2.1 NaCl和α-Fe₂O₃混合反应的原位DRIFTS监测
• 2与NaCl-Fe₂O₃光化学反应动力学研究'>4.2.2 SO₂与NaCl-Fe₂O₃光化学反应动力学研究
• 2O₃混合反应'>4.2.3 NaCl/KCl与α-Fe₂O₃混合反应
• 2浓度对SO₂与NaCl-Fe₂O₃混合物光化学反应的影响'>4.2.4 O₂浓度对SO₂与NaCl-Fe₂O₃混合物光化学反应的影响
• 4.2.5 反应机理
• 4.3 小结
• 2和NaCl-矿尘颗粒物的光化学反应'>第五章 SO₂和NaCl-矿尘颗粒物的光化学反应
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 2与NaCl-SiO₂（Al₂O₃,CaO,MgO,MnO₂）混合物的多相反应'>5.2.1 SO₂与NaCl-SiO₂（Al₂O₃,CaO,MgO,MnO₂）混合物的多相反应
• 2和NaCl-黄土混合物的多相反应'>5.2.2 SO₂和NaCl-黄土混合物的多相反应
• 5.2.3 主要的矿尘氧化物与真实黄土的比较分析
• 5.2.4 反应机理初探
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢