Formation and Evolution of Atmospheric Brown Carbon from Nitrate Radical Initiated Oxidation of Heterocyclic Volatile Organic Compounds

杂环挥发性有机化合物硝酸根引发氧化导致大气棕碳的形成与演化

基本信息

  • 批准号:
    1953905
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 69.93万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Brown carbon (BrC) particles in biomass burning plumes affect climate through their interaction with radiation and Earth’s energy budget, yet, little is known about their formation and radiative characteristics. In this multi-PI project, atmospheric formation and transformation processes of BrC particles are studied in systematic laboratory experiments using sophisticated analytical tools. Resulting new mechanistic information will aid in the interpretation of field observations and inform predictive climate models. The project aims at increasing understanding of mechanisms of atmospheric oxidation of heterocyclic volatile organic carbons (VOCs) as sources of brown carbon (BrC) secondary organic aerosols (SOA). Systematic laboratory chamber and flow reactor experiments will be carried out that mimic nighttime conditions in which relevant VOCs are oxidized initially with nitrate radical (NO3) and subsequently aged diurnally with NO3 and hydroxyl (OH) radicals. A suite of on- and off-line state-of-the-art instruments will be employed to characterize particles’ physical and chemical properties, including size, optical parameters, molecular composition, and functional groups. In addition, a multiphase kinetic model will be developed with the data obtained from compositional measurements. The outcome of this work will aid in the interpretation of observations made in complex real biomass burning systems and provide fundamental mechanistic information that can be incorporated into larger scale climate models. Three graduate students will carry out the bulk of the laboratory work, and a number of undergraduate students from underrepresented populations will be recruited from existing programs on the PIs campus. Outreach activities include engagement with local high schools.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
生物量燃烧羽毛中的棕色碳(BRC)颗粒通过与辐射和地球能量预算的相互作用影响气候,但是,对它们的形成和辐射特性知之甚少。在这个多PI项目中,BRC颗粒的大气形成和转化过程是使用复杂的分析工具在系统实验室实验中研究的。产生的新机械信息将有助于解释现场观察和信息预测性攀岩模型。该项目旨在增加对杂环挥发性有机碳(VOC)大气氧化机制的理解,作为棕色碳(BRC)次生有机气溶胶(SOA)的来源。将进行系统的实验室室和流动反应器实验,即模拟夜间条件,其中相关的VOC最初用硝酸盐自由基(NO3)氧化,然后简单地用No3和No3和羟基(OH)自由基衰老。将采用一套在线和离线的最先进的仪器来表征颗粒的物理和化学特性,包括大小,光学参数,分子组成和官能团。另外,将通过从组成测量获得的数据开发多相动力学模型。这项工作的结果将有助于解释复杂的实际生物质燃烧系统中进行的观察结果,并提供可以将其纳入更大规模气候模型的基本机械信息。三名研究生将进行大部分实验室工作,并将从PIS校园的现有计划中招募来自代表性不足人群的许多本科生。外展活动包括与当地高中的交往。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准来评估被认为是宝贵的支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effects of Nitrate Radical Levels and Pre-Existing Particles on Secondary Brown Carbon Formation from Nighttime Oxidation of Furan
  • DOI:
    10.1021/acsearthspacechem.2c00244
  • 发表时间:
    2022-10-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Chen, Kunpeng;Mayorga, Raphael;Lin, Ying-Hsuan
  • 通讯作者:
    Lin, Ying-Hsuan
Solvent effects on chemical composition and optical properties of extracted secondary brown carbon constituents
  • DOI:
    10.1080/02786826.2022.2100734
  • 发表时间:
    2022-07-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Kunpeng;Raeofy, Nilofar;Lin, Ying-Hsuan
  • 通讯作者:
    Lin, Ying-Hsuan
Formation of secondary organic aerosol from nitrate radical oxidation of phenolic VOCs: Implications for nitration mechanisms and brown carbon formation
  • DOI:
    10.1016/j.atmosenv.2020.117910
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Raphael Mayorga;Zixu Zhao;Haofei Zhang
  • 通讯作者:
    Raphael Mayorga;Zixu Zhao;Haofei Zhang
Chemical Structure Regulates the Formation of Secondary Organic Aerosol and Brown Carbon in Nitrate Radical Oxidation of Pyrroles and Methylpyrroles
化学结构调节吡咯和甲基吡咯硝酸盐自由基氧化中二次有机气溶胶和棕碳的形成
  • DOI:
    10.1021/acs.est.2c02345
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Mayorga, Raphael;Chen, Kunpeng;Raeofy, Nilofar;Woods, Megan;Lum, Michael;Zhao, Zixu;Zhang, Wen;Bahreini, Roya;Lin, Ying-Hsuan;Zhang, Haofei
  • 通讯作者:
    Zhang, Haofei
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    2021
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    0
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