收藏本站
《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

汽油车尾气二次有机气溶胶生成的烟雾箱模拟

刘腾宇  
【摘要】:二次有机气溶胶(SOA)影响空气质量、全球气候变化以及人类健康。SOA形成机制是当前国际大气化学前沿领域;已有研究得到SOA模型模拟值远低于实测值,是一直困扰大气科学工作者的一个难题,其根本原因是对SOA生成机制缺乏全面认识。我国近年来面临严重的细粒子(PM2.5)污染问题,各大城市灰霾频发,严重影响市民健康和工业生产。致霾细粒子主要为二次粒子包括SOA等。近年来我国机动车数量剧增,作为PM2.5重要排放源,机动车尾气对PM2.5的贡献仍然有很大不确定性。目前我国主要针对机动车尾气一次排放进行了实测工作,尚未开展机动车尾气生成二次颗粒的模拟研究,因而无法全面评估机动车尾气对大气致霾粒子的贡献。此外,考虑到我国油品、机动车类型、排放标准和行驶工况与国外大相径庭以及我国复杂的大气条件,机动车尾气SOA生成将更为复杂,国外已有的模拟结果无法直接应用于我国大气环境。本论文详细评估了中科院广州地球化学研究所(GIG-CAS)大型室内烟雾箱性能,使用该烟雾箱进行一系列实验模拟汽油车尾气SOA生成,利用高分辨飞行时间气溶胶质谱(High-resolution Time-of-?ight Aerosol Mass Spectrometer,HR-TOF-AMS)和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(Scanning Mobility Particle Sizer,SMPS)实时监测颗粒相粒径分布、组成和浓度变化,深入分析了中国汽油车尾气SOA生成、产率、生成因子以及其它环境因素如二氧化硫(SO2)和氨气(NH3)等对其影响。论文主要研究结论如下:1、GIG-CAS烟雾箱内反应物混合时间120秒;能实现-10–40oC范围的温度调节,恒温时温度波动范围±1oC以内;反应初始湿度在5%至80%间可调;模拟过程中反应器体积可调。反应器本底NMHCs500ppt;NOx50ppt,O3、SO2和羰基化合物浓度均低于1ppb,颗粒物浓度1 particle cm-3。人工模拟光源由氙灯和黑光灯排阵组成,光谱以及光强接近日光范围,氙灯NO2光解常数0.17-0.18 min-1;黑光灯NO2光解常数0.487±0.009 min-1。O3壁损失速率常数为2.19±0.39×10-6 s-1;NO2壁损失速率常数为2.31±0.39×10-6 s-1;NO壁损失速率常数为1.41±0.16×10-6 s-1;颗粒物总数浓度壁损失速率常数为0.173 h-1,相比其他世界知名烟雾箱较低。通过一系列表征实验包括纯净空气、NOx-air、CO-air和CO-NOx-air光照实验确定GIG-CAS烟雾箱辅助机理,并将该辅助机理应用于propene-NOx标准体系模拟,除NO2外,propene、NO、O3、HCHO和CH3CHO浓度实测值与Master Chemical Mechanism version 3.2(MCM 3.2)模型拟合值一致,模型与实测△([O3]-[NO])之间的相对偏差为-2.2%–23.7%;通过α-pinene-O3暗反应标准体系模拟测试GIG-CAS烟雾箱模拟SOA生成的能力,SOA产率同其他烟雾箱结果相当。GIG-CAS烟雾箱可以用来探究气相机理和SOA生成。2、经过5小时光照氧化后,汽油车尾气生成SOA为一次有机气溶胶(POA)12–259倍。汽油车尾气老化过程中同时有大量铵盐和硝酸盐生成,表明实际大气中汽油车尾气对PM的贡献以二次粒子如SOA、铵盐和硝酸盐为主。本研究中SOA产率相比欧2-欧4汽油车尾气SOA产率低,汽油车尾气SOA产率使用单产物气粒分配模型可以很好的进行拟合。传统单环芳烃和萘只能解释51%–90%SOA。其他未能解释的SOA可能由尚未被现有定性定量手段检测的化合物所贡献,如支链或环烷烃。使用HR-TOF-AMS对汽油车尾气SOA组成进行研究,根据f43(m/z 43质量分数)和f44之间的关系断定汽油车尾气SOA主要为半挥发被氧化的有机气溶胶(SV-OOA)。根据O:C和H:C之间的关系得到ΔH:C/ΔO:C为-0.59至-0.36,表明汽油车尾气SOA的生成过程是羧酸和醇或过氧化物的生成。3、SOA生成因子为0.001–0.044 g kg-1,在国外汽油车尾气SOA生成因子范围内。本研究发现虽然随着排放标准的提高,汽油车一次排放颗粒物逐渐降低,但是如果考虑SOA的生成,国4车排放PM的量可能比国1车还要高。在制定汽油车尾气排放标准时要考虑SOA的生成,对SOA前体物排放进行控制。应用SOA/POA的值对机动车尾气SOA生成量进行估算,发现在中国机动车尾气SOA的生成量可能是其初始排放PM2.5的1-3倍。如果考虑初始排放和二次粒子如SOA和硝酸盐的生成,汽油车尾气对PM2.5的贡献可能与柴油车尾气相当甚至超过其贡献,尤其是在大城市如北京等。4、加SO2后,汽油车尾气SOA生成因子大幅度提高,比不加SO2时高60%–200%。酸催化非均相反应可能是导致SOA生成因子增加的主要原因。加SO2同样增强新颗粒生成,加SO2后颗粒物数量是不加SO2时的5.4–48倍。此外,加SO2还增加SOA的生成速率。加SO2时汽油车尾气SOA氧化程度更低,可能由于加SO2时有机质质量更高及酸催化非均相反应生成了氧化程度低的产物。有汽油车尾气存在时SO2转化生成硫酸盐的途径主要为与库利基中间体(Criegee Intermediates,CIs)的反应和非均相反应。SO2和汽油车尾气之间的协同作用可能是我国华北平原地区冬季灰霾频发的重要原因。珠三角地区比华北平原地区空气质量好的原因可能与SO2排放的有效控制有关。SO2和汽油车尾气之间的协同作用还表明如果减少SO2排放,硫酸盐和SOA的生成都会减少,进一步加速全球变暖。5、除去汽油车尾气中的NH3后颗粒物生成受到抑制,NH3在汽油车尾气颗粒物生成和增长过程中起重要作用。向光照老化3小时后的汽油车尾气中加入NH3时,颗粒物数量和质量大幅度增加,表明城市汽油车尾气老化气团在郊区与富含NH3的气团相遇时会造成颗粒物数量和质量的增大,影响当地空气质量。NH3对汽油车尾气SOA生成影响很小,有NH3和无NH3时SOA的H:C和O:C都基本相同,表明NH3对汽油车尾气SOA氧化程度没有影响。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X734.2

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 买尔旦·木沙;;谈汽油车排放污染的治理与调整[J];农村科技;2004年10期
2 Takash;HANDA;Takaki YAMAMURA;Yoshihiro KATO;Shoichio SAITO;Tadahiro ISHII;陈秋华;;普通城市中事业汽油机车排放的多环芳烃的主要因素测定[J];环境科学研究;1980年12期
3 张祖欣;;汽油车尾气排放中主要污染物对人体的危害[J];重庆教育学院学报;1998年02期
4 农加进;姚欣灿;黄荣;;在用电喷汽油车污染物排放特征分析[J];广州环境科学;2010年01期
5 王瑛璞,焦国昌,邹本存;汽油车怠速污染物的测量与调整[J];森林工程;1999年06期
6 王瑞;;在用汽油车排气污染物的研究[J];科技与创新;2014年06期
7 刘渤海,周校平,黄震;在用轻型汽油车的净化技术和使用状况[J];车用发动机;2000年05期
8 冯滨;张效刚;杨柳;;制订广州市在用汽油车双怠速污染排放标准的探讨[J];广州环境科学;2001年01期
9 ;汽车的历史[J];金属世界;2001年06期
10 ;汽油车怠速污染物排放标准[J];汽车工艺与材料;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 付铁强;孙枝鹏;包俊江;;轻型汽油车国3蒸发排放量预测[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年
2 徐小红;刘泉山;;汽油烃组成对排放的影响[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第11届年会论文集[C];2004年
3 魏世龙;胡平;文晟;;广州市汽车不同怠速状态常规组分的组成特征研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
4 刘双喜;王建海;方茂东;戴春蓓;王益民;;汽油挥发性对欧Ⅳ汽油车排放的影响试验研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
5 刘晓亮;闵照源;;轻型汽油车超低排放技术[A];西南汽车信息:2012年上半年合刊[C];2012年
6 王建海;周华;杜建波;;不同排放水平的轻型汽油车燃用中国燃油后污染物排放劣化分析[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十二届年会论文集[C];2006年
7 朱晨菡;周斌;黄俊;胡豪;周仕斌;;我国在用汽油车尾气排放测试方法分析[A];四川省第十一届汽车学术年会论文集[C];2013年
8 魏晓燕;;浅谈公交汽油车的“油改气”[A];全国城市公路学会第十五届(2006)学术年会论文集[C];2006年
9 陈志斌;;汽油车EOBD系统原理及标定[A];江苏省汽车工程学会第九届学术年会论文集[C];2010年
10 白俊伟;王帅军;;汽油车标定用老化催化器的制备方法及规范[A];第七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李琳;华东地区成品油市场综述[N];现代物流报;2007年
2 通讯员 徐小怗 记者 解悦;天然气公交车数量首超汽油车[N];南京日报;2008年
3 刘浦泉;欧Ⅲ排放标准汽油车催化转换器研制成功[N];大众科技报;2006年
4 记者 袁文芝;欧Ⅲ排放标准汽油车催化转换器制成[N];科技日报;2006年
5 刘党生 胡俭;不达国IV标准不予上牌[N];扬州日报;2012年
6 周成当;柴油市场步入上行通道 汽油市场高位盘整[N];市场报;2006年
7 张焕利;日本天然气车已突破2万辆[N];中国石化报;2004年
8 王润;北京公交试烧“酒” 排污少、更便宜[N];中国高新技术产业导报;2004年
9 黄嘉莉;广州石油高标汽油销量增一成[N];中国石化报;2013年
10 本报记者 陶小康;汽车柴油化时代的环保课题[N];中国化工报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘腾宇;汽油车尾气二次有机气溶胶生成的烟雾箱模拟[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2015年
2 张铁臣;汽油车冷起动挥发性有机物排放及生成机理的研究[D];天津大学;2009年
3 沈义涛;汽油品质对发动机性能影响的试验研究与数值模拟[D];清华大学;2009年
4 王东亮;轻型汽油车排放控制在线诊断核心技术研究[D];清华大学;2012年
5 袁华智;电控汽油/CNG两用燃料发动机故障模拟试验及诊断研究[D];长安大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈雯;汽油车尾气排放控制法律问题研究[D];福州大学;2006年
2 张建林;在用轻型汽油车简易路况法排放测试规程的研究[D];上海交通大学;2007年
3 李晓玲;广州市轻型汽油车排放特征及检测/维护制度减排效益评估[D];清华大学;2011年
4 高俊华;减少整车蒸发排放的技术策略研究[D];吉林大学;2007年
5 郭和军;汽油品质对车辆尾气排放影响研究[D];武汉理工大学;2005年
6 朱莉;在用汽油车尾气排放污染物超标分析与控制[D];南京林业大学;2012年
7 田肃宁;汽油烃组成对排放的影响[D];天津大学;2005年
8 李景波;汽油车用炭罐的性能测试方法及性能研究[D];清华大学;2004年
9 范嘉睿;汽油车可挥发性有机物排放特性的研究[D];天津大学;2008年
10 饶广龙;氢能汽车动力系统的性能研究和改进[D];上海交通大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026