Effect of isoprene deriving Criegee intermediate to the formation of particulate matter in the atmosphere

衍生 Criegee 中间体的异戊二烯对大气中颗粒物形成的影响

• 批准号: 21K12286
• 负责人: 秦 寛夫
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12286/
• 关键词: イソプレン; クリーギー中間体; キャビティリングダウン吸収分光法; 不均一系化学反応; 大気化学輸送モデル; 微小粒子状物質; アルケン; 大気化学; 領域大気質モデル; レーザー分光法; 揮発性有機化合物; 粒子状物質

本研究プロジェクトでは、イソプレンを代表とするオレフィン化合物のオゾン酸化により生成するクリーギー中間体（CI）と二酸化硫黄（SO2）等の大気汚染物質の反応速度定数を決定し、大気環境への影響を評価することを目的とした実験とシミュレーションを実施している。実験では、オレフィン化合物の代表としてオレイン酸を選択し、オレイン酸薄膜の気液界面/液相内におけるオゾン酸化反応の反応速度定数を、赤外吸収分光法により決定し、不均一反応系の物理化学的挙動を定量的に明らかにした。また、不均一反応系の物理化学的挙動を動的に解く拡散反応モデルを構築し、反応動力学的挙動を明らかにした。現在は、オレイン酸薄膜上にオゾンとSO2を同時に流し、オレイン酸のオゾン酸化反応により生成するCIがSO2によりどの程度消費されるか、検討している。同時にキャビティリングダウン紫外吸収分光法（CRDS）による、イソプレン由来のCIと各種大気汚染物質の反応速度定数を算出するための実験系の構築を行い、試しに過去に報告されているCIとSO2と酢酸（CH3COOH）との反応実験を行い、先行研究よりも高精度な反応速度定数の導出に成功した。次年度には各種酸化合物やSO2との反応速度定数の導出を試みる予定である。同時に量子化学/遷移状態理論に基づき、CRDSで得られる反応速度定数の理論的な算出も行っている。領域大気質モデルCMAQを用いて気相系のイソプレン由来のCI、及びイソプレンとヒドロキシラジカル（OH）により生成するイソプレンヒドロキシヒドロペルオキシド（ISOPOOH）の日本国内における硫酸エアロゾル濃度への影響の評価を実施し、両者共に最大で1%程度硫酸エアロゾル生成に寄与することを明らかにした。現在は、全球大気質モデルGEOS-Chemによるイソプレン由来酸化物の、地球規模での硫酸エアロゾル濃度への影響を評価中である。

在本研究项目中，我们将测定异戊二烯等烯烃化合物与二氧化硫（SO2）等空气污染物臭氧氧化产生的Kriegie中间体（CI）的反应速率常数，并评估对大气环境的影响。我们正在进行旨在实现这一目标的实验和模拟。实验中选择油酸作为代表性烯烃化合物，通过红外吸收光谱法测定了油酸薄膜气液界面/液相处的臭氧氧化反应的反应速率常数，并分析了臭氧氧化反应的物理性质。定量阐明了非均相反应体系的化学行为。此外，我们构建了动态求解非均相反应体系物理化学行为的扩散反应模型，并阐明了反应动力学行为。目前，我们正在研究通过使臭氧和SO2同时流过油酸薄膜，油酸的臭氧氧化反应产生的CI有多少被SO2消耗。同时，我们构建了实验系统，利用腔衰荡紫外吸收光谱（CRDS）计算了异戊二烯衍生的CI与各种空气污染物的反应速率常数，并与乙酸（CH3COOH）进行了反应实验，并取得了成功。以比以前的研究更高的精度推导反应速率常数。明年，我们计划尝试推导各种酸性化合物和 SO2 的反应速率常数。同时，我们也在基于量子化学/过渡态理论对CRDS得到的反应速率常数进行理论计算。使用区域空气质量模型 CMAQ，我们评估了由异戊二烯和羟基自由基 (OH) 产生的气相异戊二烯 CI 和异戊二烯羟基氢过氧化物 (ISOPOOH) 对日本硫酸气溶胶浓度的影响。高达约1%会产生硫酸气溶胶。我们目前正在使用全球空气质量模型 GEOS-Chem 评估异戊二烯衍生氧化物对全球范围内硫酸气溶胶浓度的影响。

项目成果

アルケンの気液界面/液相内におけるオゾン酸化反応速度の計測

烯烃气液界面/液相臭氧氧化反应速率的测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 秦寛夫;星野翔麻;藤田道也;戸野倉賢一
• 通讯作者: 戸野倉賢一

イソプレン由来の反応中間体化合物と二酸化硫黄の化学反応に起因する微小粒子状物質の生成と大気質への影響

异戊二烯反应中间体与二氧化硫发生化学反应生成细颗粒物及其对空气质量的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 秦寛夫;星野翔麻;藤田道也;戸野倉賢一
• 通讯作者: 戸野倉賢一