VOCs向PM2.5转化机理研究

摘要

目前中国大气污染日益严峻，引起社会各界广泛关注。大气污染物来源非常广泛，其中人为产生的挥发性有机物是当前主要的大气污染物之一，在复杂多变的大气环境下挥发性有机物的各种转变对环境以及人类健康产生了极大的影响。
　　自制了小型烟雾箱系统用于研究大气中挥发性有机物向细颗粒物(PM2.5)转化的机理。烟雾箱主体材料采用全氟乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylene FEP)膜制造，FEP膜本身不参与反应并且能够最大限度透过紫外线。反应器的框架采用有机玻璃激光切割加工，工艺成熟便于加工和扩展。采用外部支撑的方式，利用大气压辅助排气的手段省去了抽真空的环节，简化了实验系统。自制的烟雾箱体积300L，比表面积9.67m-1，常温下臭氧的半衰期为12h，臭氧的壁损失系数0.0618h-1。对烟雾箱进行了表征并且针对臭氧和紫外线对反应物反应速率的影响进行了研究。并将实验数据与中心化学机理(MCMv3.1)中丙酮的子机理演化结果进行了对比分析。对比其他小型烟雾箱属于正常水平。经过多次实验，自制烟雾箱表现良好，能够胜任大气光化学实验的要求。
　　针对丙酮进行了多因素的对比试验，测量了本烟雾箱背景条件下丙酮的标准曲线，线性相关系数达到0.99，满足实验要求。测定了丙酮的壁损失系数，常温常压无光照情况下为0.00144h-1。研究了紫外线和臭氧对丙酮分解反应影响的不同，对比发现紫外线对丙酮的分解起到了关键性的影响。并且结合MCMv3.1机理，利用FACSIMILE软件对丙酮的变化情况进行了模拟，模拟结果与实际实验有较大偏差，这是由于初始条件和反应历程的双重影响造成的，表明不同的地区需要做针对性的模拟实验来探讨和验证挥发性有机物的转变过程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 大气中自由基的转化过程

1．2．2 VOCs的凝核过程

1．2．3 SOA前体物的氧化

1．2．4 大气化学机理的发展

1．2．5 烟雾箱的研究进展

1．3 研究内容

第2章 烟雾箱的试制和表征

2．1 烟雾箱结构

2．2 烟雾箱系统的搭建

2．3 烟雾箱系统的表征

2．3．1 光源系统

2．3．2 背景气体臭氧产生量

2．3．3 背景气体颗粒物产生量

2．3．4 壁损失系数的计算

2．4 本章小结

第3章 丙酮的转化实验

3．1 准备实验

3．1．1 质量保证与控制

3．1．2 实验流程

3．2 挥发性有机物(VOCs)采样及分析方法

3．2．1 VOCs的采样方法

3．2．2 VOCs样品的预处理

3．2．3 VOCs的分析方法

3．2．4 丙酮标准曲线

3．2．5 丙酮的壁效应

3．3 不同因素对丙酮反应速率的影响

3．3．1 实验设计

3．3．2 实验结果

3．4 颗粒物的测量

3．4．1 颗粒物的分类

3．4．2 细颗粒物的测定

3．5 本章小结

第4章 机理模拟与实验对比

4．1 MCM理论的实现

4．2 MCM模拟结果与实验结果对比

4．2．1 MCM中丙酮子反应机理提取

4．2．2 MCM模拟结果

4．3 模拟结果与讨论

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢