小麦和油菜秸秆燃烧颗粒物成分谱中示踪组分的研究

摘要

生物质燃烧现象普遍存在，秸秆燃烧是生物质燃烧的一种主要形式，中国每年秸秆的露天焚烧就达1.4亿吨，排出的颗粒物约有200万吨，在一定时期内所带来的污染比较严重。且近阶段大气中PM2.5的污染和危害已经引起了人们的广泛关注，秸秆燃烧是PM2.5的一个重要源，人们急切需要了解PM2.5中的具体危害的物质组分。同时，秸秆燃烧颗粒物中的主要成分为有机碳，有机碳中的有机物污染问题变得日益突出，诸如降低大气能见度、间接影响全球气候、严重危害人类身体健康等。人们已经研究过秸秆燃烧颗粒物中的无机和有机物质组分，但是在国内关于秸秆燃烧颗粒物源成分谱的研究尚属少见。因此鉴于上面所述的背景下，本研究试图建立秸秆燃烧颗粒物源成分谱，对了解秸秆燃烧颗粒物中化学组成有重要意义，是未来颗粒物源解析工作的一个重要基础内容。
　　 本研究选取小麦和油菜两种典型的农作物秸秆，通过实验室模拟闷烧和明火两种燃烧条件下，测定PM2.5和PM10两种粒径颗粒物中的无机元素组分、离子组分、碳组分和有机组分，并进行比较分析以及建立秸秆燃烧颗粒物源成分谱。主要结论如下：
　　 (1)定性出了小麦和油菜两种秸秆燃烧颗粒物中的36种有机物质，主要包括酚类、酸类、酯类、醛类、糖类以及长链的烷烃类、烷酸类、烷醇类、甾醇类等。其中，定量出了9种有机物，分别是愈创木酚、丁香醛、甲基香草酸酯、异丁子香酚、甘露聚糖、左旋葡聚糖、香草醛、豆甾醇、β-谷甾醇。测定出了OC、EC、TC、18种无机元素以及12种离子，无机元素分别是Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Pb，离子分别是Na+、NH4+、K+、F-、Cl-、NO3-、SO42-、Mg2+、Ca2+、NO2-、Br-、PO43-。
　　 (2)不同燃料对秸秆燃烧颗粒物中组分的影响显著。油菜秸秆燃烧颗粒物中的有机组分、无机元素、离子和EC的含量高于小麦秸秆燃烧颗粒物中的，其中香草醛、甘露聚糖、Mg、K、Mn、Co、Ni、Zn、Na+、NH4+、K+、Cl-、NO3-、SO42-以及EC的含量表现出显著差异。小麦秸秆燃烧颗粒物中的OC和TC的含量均高于油菜秸秆中的，且差异不显著。
　　 (3)不同燃烧方式对秸秆燃烧颗粒物中组分的影响极为显著。秸秆在明火下颗粒物中的有机组分、无机元素、离子和EC的含量高于闷烧下颗粒物中的，其中香草醛、甘露聚糖、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Na+、NH4+、K+、Cl-、NO3-、SO42-以及EC的含量表现出显著差异。秸秆在闷烧下颗粒物中的OC、TC的含量高于明火下颗粒物中的，且差异不显著。
　　 (4)由于本研究实际采集到的颗粒物主要为PM2.5，不能明显得出不同粒径对秸秆燃烧颗粒物中组分的影响。秸秆燃烧PM10中的有机组分、无机元素、离子和EC的含量均略高于PM2.5中的，PM2.5中的OC、TC的含量均略高于PM10中的，差异均不明显。
　　 (5)建立了秸秆在不同燃料和不同燃烧方式下颗粒物的源成分谱。
　　 (6)发现了β-谷甾醇、左旋葡聚糖和K、Na以及K+、Cl-的含量很高，分别为0.09％-0.31％、0.05％-0.32％和0.26％-6.96％、0.79％-6.08％以及0.30％-8.18％、0.85％-14.80％。β-谷甾醇和左旋葡聚糖可以作为生物质燃烧的有机示踪物，K、Na以及K+、Cl-可以作为生物质燃烧的无机示踪物。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 研究背景

1.1.1 大气颗粒物污染严重

1.1.2 生物质燃烧普遍存在

第二节 国内外研究进展

1.2.1 有机示踪物

1.2.2 采样方法

1.2.3 分析测试方法

1.2.4 秸秆燃烧组分分析

第三节 研究目的和意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

第四节 实验过程及主要内容

1.4.1 实验过程

1.4.2 主要内容

第二章 样品采集与分析

第一节 样品采集

2.1.1 采样仪器与装置

2.1.2 采样滤膜

2.1.3 样品采集

2.1.4 采样过程中的质控

第二节 实验药品和器具

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验器具

第三节 分析方法

2.3.1 无机元素组分

2.3.2 碳组分

2.3.3 离子组分

2.3.4 有机组分

第三章 有机组分实验结果分析

第一节 实验结果

3.1.1 GC-MS定性分析结果

3.1.2 GC-MS定量分析结果

第二节 不同燃料下实验结果对比分析

第三节 不同燃烧方式和不同粒径下实验结果对比分析

3.2.1 不同燃烧方式

3.2.2 不同粒径

3.2.3 差异分析

第四节 小结

第四章 无机元素、碳和离子组分分析

第一节 无机元素分析

4.1.1 不同燃料下无机元素组分数据对比分析

4.1.2 不同燃烧方式和不同粒径下无机元素组分数据对比分析

第二节 碳组分分析

4.2.1 不同燃料下碳组分数据对比分析

4.2.2 不同燃烧方式和不同粒径下碳组分数据对比分析

第三节 离子分析

4.3.1 不同燃料下离子组分数据对比分析

4.3.2 不同燃烧方式和不同粒径下离子组分数据对比分析

第四节 小结

第五章 小麦和油菜两种秸秆燃烧源成分谱的建立

第六章 结论、创新点与研究展望

第一节 结论

第二节 创新点

第三节 研究展望

参考文献

致谢

附录

个人简历