我国典型区域大气有机胺的污染特征和来源解析研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lezhe14790511
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胺是大气中重要的含氮有机物之一,影响人类健康,并积极参与物理和大气化学反应,如新粒子和棕色碳的形成。大气中的胺来源广泛,包括海洋、生物质燃烧、一些地质活动鱼类加工、生活污水和垃圾堆肥。此外,随着人们对气候问题的日益关注,胺被广泛用作燃烧过程中捕获二氧化碳的有效吸收溶剂以减少温室气体排放。因此,碳固存技术被认为是大气胺的另一种新型人为来源。气态胺,包括甲胺(MA)、二甲胺(DMA)和三甲胺(TMA),具有高度危险性和毒性,通常具有难闻的气味。尽管在环境浓度下有机胺的浓度较低,但其对大气气溶胶的作用仍不可忽视,此外频繁暴露于有机胺源也可能会增加人类健康风险。本研究通过建立气态和颗粒态有机胺的同时采集和定性定量分析方法,对我国不同维度上的6个地区大气颗粒物中有机胺的污染特征进行研究,了解不同纬度地区大气有机胺的污染特征。为进一步解释不同地区颗粒物中有机胺的污染特征规律,对3种典型有机胺排放源颗粒物中胺类化合物的组成和含量特征进行分析,以了解不同类型的有机胺源对区域有机胺污染特征的可能影响。接着,对其中3个有代表性的城市大气有机胺气-粒分配机制进行深入研究。通过实际环境中有机胺的气粒分配与理论模拟之间的对比分析,探究区域有机胺气粒分配的影响因素,从有机胺大气多相化学的角度,探究不同区域有机胺污染特征的规律。建立了一种新的基于苯磺酰氯衍生化的气相色谱质谱联用分析法。本方法能成功用于颗粒态和气态样品中14种有机胺的定性定量分析。衍生化的最佳条件为:对于所有样品,苯磺酰氯(BSC)投加量为200μL为最佳投加量。对于颗粒态和气态样品,Na OH最佳投加量分别为200μL和1000μL。酸化膜的吸收效率为95.8%,第一层滤膜上颗粒物对气态有机胺的采集影响较小(只有1.7%)。该方法工作曲线R~2范围为0.992-0.998和0.993-0.999,均大于0.99。14种有机胺的检测限和定量限分别在0.0408-0.421和0.163-1.68μg/m L范围内;14种有机胺在3种浓度梯度下的回收率65.8%-133%和68.0%-180%范围内,相对标准偏差(RSD)均小于30%。对我国不同维度上的6个区域大气颗粒物及其中的无机离子和有机胺类物质进行定性定量分析。大空间尺度上,我国不同区域有机胺总浓度呈现出武汉(321.94±134.85 ng/m~3)>汕头(283.55±194.08 ng/m~3)>青岛(234.80±129.22 ng/m~3)>广州>太原(116.47±66.58 ng/m~3)的规律。小空间尺度上,广州地区两个采样点的有机胺总量相似(157.69±127.74和151.01±95.80 ng/m~3),但其中各类有机胺的组成有很大的差别。6个区域颗粒物的p H在-0.18~-0.79范围内,含水量在15.46-103.64μg/m~3范围内,4种主要的无机离子(7)-、42-、3-和4+)总浓度在7.96-61.96μg/m~3范围内。通过颗粒物性质其中无机离子污染特征与区域有机胺污染特征进行对比分析,发现有机胺在颗粒相中的形态、与4+竞争反应以及进入颗粒相的趋势不同,即不同地区有机胺进入颗粒相的方式和程度有所不同。以广州、武汉和太原为例,对理论模型预测和实际观测的有机胺气-粒分配分数进行对比分析。结果显示,不同地区气态有机胺总浓度表现出广州>武汉>太原的规律,3个地区的有机胺气-粒分配分数表现出太原>武汉>广州的规律。发现相比于物理吸附和直接溶解过程,有机胺在颗粒物气-液界面与酸性物质的反应对有机胺在颗粒物中的富集贡献最大。大气有机胺气粒分配行为对其区域污染特征的影响表现在,有机胺与酸性物质的反应程度对其在颗粒相中富集的影响上。不同区域由于环境温度、湿度和相关酸性气体的浓度等因素的不同,因而有机胺与酸性物质的反应程度程度不同,造成了区域有机胺污染特征的差异。此外通过对三种典型有机胺排放源的分析,发现三种典型有机胺源(养殖源、海洋源和燃煤工业园)有机胺总浓度呈现出养殖源>燃煤工业园>海洋源的规律,且三种有机胺源中各种胺类物质的组成也有明显不同。说明不同地区有机胺源的类型和数量也会造成区域有机胺的污染特征差异。综上,我国不同区域大气有机胺污染特征存在明显差异,而这种差异一是来源于不同区域有机胺大气气粒分配行为的差异,二是来源于不同类型有机胺排放源的影响。因此,对有机胺的大气行为和来源解析更全面的研究将有助于更好地实现未来有机胺的污染控制。
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