石家庄PM2.5与VOCs的相关性及石家庄典型VOCs向SOA转化机理探讨

摘要

石家庄市PM2.5污染较重，冬季大气污染尤为严重。其中约50％的成分为二次有机气溶胶(SOA)，SOA是由挥发性有机物(VOCs)经一系列化学和物理变化转化而来。研究PM2.5的变化规律以及VOCs与PM2.5的关系，对于科学治霾具有重要意义。自2015年1月1日至2015年12月31日，连续监测了石家庄市裕华区大气中的VOCs、PM2.5等污染物的浓度，其中VOCs主要包括非甲烷烃(NMHC)和含氧挥发性有机物(OVOC)，并检测了PM2.5中的水溶性有机碳(WSOC)的含量。分析了PM2.5、NMHC、OVOC的浓度变化规律，地理、气象等自然因素对环境空气质量的影响，以及石家庄受二次有机碳(SOC)污染程度和季节性变化规律;探讨了PM2.5与SOA中主要成分WSOC的相关性，WSOC、NMHC、OVOC来源，及石家庄各季主要污染物形成的原因;利用FASMILE软件结合MCM机理对石家庄典型VOCs—丙酮和乙酸乙酯光氧化过程模拟，探讨VOC向SOA光氧化转化机理。结果表明:
　　石家庄市的SOC污染严重，且污染程度随季节变化:冬季＞春季＞秋季＞夏季，即冬季和春季污染较重，夏季和秋季污染较轻。冬季，当相对湿度小于56.7％时，PM2.5浓度随相对湿度增大而递增;相对湿度在56.7～60％时，PM2.5浓度达到最大值，随相对湿度没有明显变化;相对湿度大于60％时，PM2.5浓度随相对湿度增大而递减。当相对湿度在56.7～60％时，最有利于PM2.5的形成;大气中的OVOC浓度、NMHC与细颗粒物中的水溶性有机碳（fWSOC）含量呈较显著的正相关关系，相关系数分别为R1=0.79，R2=0.83。NMHC与fWSOC的相关性最高，OVOC次之。可推测出OVOC和NMHC是fWSOC的主要来源;石家庄冬季空气中的OVOC和NMHC主要来自于煤等化石燃料和生物质的燃烧，其次来自于柴油车尾气的排放;石家庄典型VOCs——丙酮、乙酸乙酯和1，3-丁二烯等经过光氧化反应可转化为乙醛、甲醛、甲醇等二次有机碳，再经过一系列复杂的物理化学反应，最终形成SOA。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 城市VOCs的来源

1．2．2 VOCs转化机理的发展

1．2．3 各机理之间的比较

1．3 主要研究内容

第2章 研究方法

2．1 现状监测

2．1．1 监测地点

2．1．2 监测设备

2．2 模拟软件

2．3 研究方法

第3章 石家庄PM2．5浓度变化趋势及自然因素的影响

3．1 石家庄PM2．5的浓度变化趋势

3．1．1 PM2．5质量浓度年变化特征

3．1．2 PM2．5质量浓度冬季日变化特征

3．2 石家庄市的地形地貌特征

3．3 石家庄市的气象环境特征

3．3 相对湿度对PM2．5的影响

3．4 风速、气压和地貌对空气质量的影响

3．5 日照对大气中VOCs的影响

3．5．1 HO·的产生

3．6 本章小结

第4章 PM2．5中水溶性有机碳的研究

4．1 石家庄SOA污染识别

4．2 fWSOC与PM2．5的关系

4．3 fWSOC与OVOC相关性研究

4．4 fWSOC与非甲烷烃(NMHC)相关性研究

4．5 fWSOC、NMHC、OVOC三者的浓度关系

4．6 VOCs来源分析

4．7 春夏两季VOCs与O3的污染

4．8 本章小结

第5章 石家庄典型VOCs向SOA转化机理初探

5．1 丙酮光氧化模拟

5．2 乙酸乙酯光氧化模拟

5．3 1，3-丁二烯光氧化模拟

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢