二氧化硫/水/空气体系离子诱导成核机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41175121
项目类别：
面上项目
资助金额：
72.0万
负责人：
顾学军
依托单位：
中国科学院合肥物质科学研究院
学科分类：
D0505.大气物理学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
王霞；潘刚；汪六三；王竹青；贾慧；刘议蓉；
关键词：
离子诱导成核飞行时间质谱气溶胶新粒子形成

项目摘要

气溶胶的间接辐射强迫作用是全球气候变化数值模拟和预测中最不确定的因子，气溶胶对气候的间接影响在很大程度上决定于大气中云凝结核的浓度。新粒子成核与生长是一个全球现象，区域性的事件在世界各地频繁地发生。最新的研究表明，起源于新粒子形成事件中的二次粒子对云凝结核有着潜在的重要贡献。因此，对气溶胶粒子的形成、转化、生长过程及机理进行研究将有助于提高我们对气候间接影响的认识，对准确地预判未来的气候变化有着重要的意义。本课题提出将飞行时间质谱仪（TOFMS）和扫描迁移率颗粒物粒径谱仪（SMPS）联用的方法来对SO2/H2O/Air体系的气溶胶形成过程进行研究，重点考察离子在气溶胶成核生长中的影响。本方法可对气溶胶颗粒从分子离子团簇到纳米颗粒成核生长的整个过程进行研究，对成核分子离子团簇的尺寸、浓度、化学组分进行测量、分析，对所产生气溶胶颗粒的浓度和粒径分布进行测量，揭示离子诱导成核机理。

结项摘要

新粒子形成现象越来越受到人们的关注，但是粒子形成和生长机理还有待研究。本项目采用软X射线作为辐射源对离子诱导成核机理进行研究。.首先搭建了基于X射线的离子诱导成核实验系统，对电离腔内初生离子浓度、饱和电流进行了实验评估。采用纳米扫描迁移率颗粒物粒径谱仪对二氧化硫/水/空气体系的气溶胶成核粒子谱分布进行了测量。实验结果表明，在X射线作用下新生粒子来源于离子诱导成核与均相成核两种机制，前者产生带电颗粒，后者产生中性颗粒，离子对粒子成核有着重要的贡献，对粒子生长作用不明显，二氧化硫对粒子成核与生长均有贡献。成核粒子谱分布呈双峰模式，其峰值会随着气体流速发生偏移。在低二氧化硫浓度情况下，离子诱导成核占主导地位，随着二氧化硫浓度的增加，均相成核的作用越来越明显。.研究了NO2对SO2/H2O/Air体系气溶胶成核过程的影响。成核粒谱分布同样呈现出双峰模式，分别对应离子诱导成核和均相成核过程。在均相成核方面，NO2和SO2均对气溶胶成核有贡献，对气溶胶的生长作用不明显，成核粒子的粒径主要集中在4 nm附近。在离子诱导成核方面，当混合气体中二氧化硫浓度较低时(<2.12ppm)时，加入NO2可促进粒子生成；而当SO2浓度较高时，NO2的加入反而会降低气溶胶成核的粒子总浓度。例如，当二氧化硫浓度为3.61ppm，NO2浓度分别为0.13、0.18和0.84ppm的条件下，气溶胶成核粒子的总浓度比不含NO2下分别减少了25.9%，33.1%和49.0%。研究显示，NO2和SO2对OH自由基的反应竞争作用是影响NO2/SO2/H2O/Air体系气溶胶成核的重要机制。.对氨、二乙胺及三乙胺参与的三元成核体系进行了研究，结果表明三元体系对粒子的成核与生长均有一定的贡献。.为了提高飞行时间质谱仪的分辨率和灵敏度，采用源后脉冲聚焦技术对质谱仪的离子光学系统进行改进，在最优的脉冲电压延时和幅值的条件下，对NaCl、CsI气溶胶进行了激光解吸电离实验，质谱分辨率提高5倍以上。