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北京大气气溶胶及干沉降中有机酸的来源特征研究

作　者: 刘晨书
导　师: 王英锋；王跃思
学　校: 首都师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 有机酸 气溶胶 干沉降 二次来源 奥运
分类号: X513
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


可吸入颗粒物(PM10)是北京大气中的首要污染物,其中有机成分（OC）的质量分数约为30%～50%,而有机酸是其中一类重要物种。有机酸部分来源于植物排放,部分来源于人为排放,但城市大气颗粒物中的有机酸更多的是来源于大气中挥发性有机物（VOC）的氧化。作为大气OC氧化过程的终产物之一,有机酸可以通过干、湿沉降从大气中清除,特别是近年来在雨水中有机酸比例增大,已成为酸雨形成的新要素;同时,含有有机酸的大气细粒子吸湿性增强,对雾霾天气的形成具有加剧作用;而降到水体中的有机酸对淡水酸性变化的影响,乃至对水体生态系统的影响更是难以预测。本文仅是从研究大气颗粒物中有机酸浓度检测分析入手,为上述问题的进一步研究提供基础数据和科学思路,从而进一步推进大气二次气溶胶研究向前发展。本研究使用RP1400、TE-42CTL NO-NO2-NOx分析仪、TE-49C O3分析仪对奥运前后北京及周边地区大气颗粒物、氮氧化物、臭氧进行监测,通过CDMA网络传输得到实时数据;使用小型抽气泵和铝塑复合膜气体采样袋在奥运前后于早9:00和中午14:00采集VOCs样品;使用大流量采样器对2006年9月～2007年8月间的北京大气气溶胶颗粒物进行了采集,经过溶剂提取、柱分离、衍生化以后,通过GC/MS检测了其中的有机酸组分;使用降水降尘自动采样仪、PUF被动式采样器分别对07年12月到08年11月期间京津渤区域十个站点的粒子干沉降和气体干沉降进行了采样,并对其中的有机酸组分进行了分析。本文主要的研究目的在于:1.通过对北京及周边地区奥运大气的观测研究,对大气污染物的变化规律有所认识,通过对奥运前后数据的比较,对有机酸二次来源相关的重要污染物种NOx、O3、VOCs受到奥运限排限行措施影响产生的变化进行研究,为制定有效的大气污染预防和控制措施提供一些科学依据。2.认知北京大气颗粒物中有机酸的浓度水平,研究有机酸的化学组成,根据化学组成推断其来源。3.认知气体干沉降中有机酸的浓度水平和有机酸的粒子干沉降通量,通过对京津冀地区干沉降的监测,研究污染物的区域传输。通过研究得到以下结果:1.限排限行措施实施后,北京一次污染物NOx明显下降,尤其在奥运时段下降幅度最大,下降率为39%。VOCs在奥运、残奥时段的浓度分别为33.5和46.8ppbv,比未限行时段（6月份）分别下降了44.3%和22.1%。二次污染物O3在奥运和残奥时段浓度值也较低,浓度值分别为66和71ppb,与未限行时段相比分别下降16%和10%。总体看减排措施对北京地区污染物的降低起了很大的作用,尤其是一次污染物的降低对二次反应生成的污染物起了很好的抑制作用。2.PM10中,一元羧酸总浓度为61.7～1652.3ng/m3,年平均为426.2ng/m3;PM2.5中,一元羧酸总浓度为34.5～992.1ng/m3,年平均为319.6ng/m3。其中正十八烷酸和正十六烷酸含量最高。75%的一元有机酸集中在PM2.5中,并表现为冬、春浓度高,夏、秋浓度低的明显季节性变化特征。机动车尾气和燃煤排放是气溶胶中一元羧酸的主要人为来源,而自然来源的贡献也不容忽视。3.在京津渤区域,北京有机酸气体干沉降量最高,为655.8ng/m3;栾城、沧州、禹城、兴隆、保定、阳坊也较高,浓度在250～500 ng/m3之间;塘沽、天津、唐山三个站点气体干沉降量较低,均在200 ng/m3以下。沧州有机酸粒子干沉降量最大,为145.7μgm-2d-1;北京、兴隆、阳坊、禹城、栾城、保定也较高,浓度在70～130μgm-2d-1之间;唐山、塘沽、天津三个站点浓度较低,均在50μgm-2d-1以下。北京气体干沉降中一元有机酸含量春季最高,夏、冬次之,秋季最低。气体干沉降和大气气溶胶中一元有机酸的组成非常相似,都是C16最高,C18次之。北京粒子干沉降中有机酸含量夏季＞春季＞冬季＞秋季,含量最多的也是C16和C18。奥运期间北京气体干沉降和粒子干沉降中的有机酸含量均明显降低,说明限排限行政策控制了有机酸的排放源,使得进入大气的有机酸含量减少,大气中和沉降到地面的有机酸浓度均降低,对污染控制效果明显。本文创新性成果为:1.对奥运前后有机酸二次来源相关的重要污染物种NOx、O3、VOCs受到奥运限排限行措施影响产生的变化进行了研究,三者均明显减少,减排措施对北京地区污染物的降低起了很大的作用,尤其一次污染物的降低对二次反应生成的污染物起了很好的抑制作用。2.对京津渤地区干沉降中的有机酸进行了研究,发现气体干沉降和大气气溶胶中一元有机酸的组成非常相似,都是C16最高,C18次之;奥运期间北京气体干沉降和粒子干沉降中的有机酸含量均明显降低,说明限排限行政策对污染的控制效果明显。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 大气污染物的组成特征及去除方式  12-15
    1.1.1 大气污染物的存在形式  12-13
    1.1.2 大气污染物的来源  13-14
      1.1.2.1 人为源  13-14
      1.1.2.2 天然源  14
    1.1.3 大气污染物的去除方式  14-15
  1.2 有机酸的研究意义和进展  15-18
    1.2.1 有机酸研究意义  15-16
    1.2.2 有机酸的源和汇  16-18
      1.2.2.1 有机酸的源  16-17
      1.2.2.2 有机酸的汇  17-18
    1.2.3 影响有机酸浓度的因素  18
      1.2.3.1 气象条件  18
      1.2.3.2 人为因素  18
  1.3 本论文的研究内容  18-20
    1.3.1 本论文的研究目的、意义和方法  18-19
    1.3.2 本论文的研究特色  19-20
第二章 有机酸的二次来源和大气氧化过程  20-43
  2.1 有机酸的二次来源  21-23
  2.2 奥运前后颗粒物与有机酸二次来源前体物的变化特征(08.6-08.9)  23-41
    2.2.1 颗粒物的变化规律  23-24
      2.2.1.1 颗粒物的污染特征  23
      2.2.1.2 颗粒物的排放标准  23-24
      2.2.1.3 颗粒物的测定方法  24
      2.2.1.4 颗粒物的变化规律  24
    2.2.2 NOx的日变化规律  24-26
      2.2.2.1 NOx的污染特征  24-25
      2.2.2.2 NOx的排放标准  25
      2.2.2.3 NOx的测定方法  25
      2.2.2.4 NOx的变化规律  25-26
    2.2.3 O_3的日变化规律  26-30
      2.2.3.1 O_3的污染特征  26-27
      2.2.3.2 O3的排放标准  27-28
      2.2.3.3 O_3的测定方法  28
      2.2.3.4 O_3的变化规律  28-29
      2.2.3.5 O_3与NOx变化的相关性  29-30
    2.2.4 VOCs的污染特征  30-31
    2.2.5 奥运大气观测项目  31-33
      2.2.5.1 国家为保障奥运空气质量采取的措施  31-32
      2.2.5.2 北京及周边地区奥运大气监测和预警联合行动计划  32-33
    2.2.6 禹城大气污染物奥运前后变化特征  33-39
      2.2.6.1 颗粒物(PM_(2.5))  34-35
      2.2.6.2 氮氧化物(NO、NO_2、NOx)  35-37
      2.2.6.3 臭氧(O_3)  37-38
      2.2.6.4 各时段污染物变化  38-39
      2.2.6.5 结论  39
    2.2.7 北京大气污染物奥运前后变化特征  39-41
  2.3 本章小结  41-43
第三章 北京市大气气溶胶颗粒物中有机酸的污染特征研究  43-54
  3.1 气溶胶样品的采集和有机酸的分析方法  43-47
    3.1.1 样品采集  43-44
      3.1.1.1 采样地点  43
      3.1.1.2 采样方法  43-44
    3.1.2 试剂和仪器  44-45
    3.1.3 样品前处理  45
      3.1.3.1 样品的提取与组分分离  45
      3.1.3.2 样品的衍生化  45
    3.1.4 样品分析  45-46
    3.1.5 定性和定量分析  46-47
    3.1.6 质量保证与质量控制  47
  3.2 结果与讨论  47-52
    3.2.1 颗粒物中一元脂肪酸的分布特征  47-50
    3.2.2 一元脂肪酸的来源分析  50-51
    3.2.3 与其他相关研究的对比  51-52
  3.3 控车试行期间有机酸与其他污染物的变化  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章 京津渤区域有机酸干沉降通量研究(十个站点07.12-08.11)  54-62
  4.1 干沉降的采样和有机酸的分析方法  54-56
    4.1.1 采样方法  54-56
      4.1.1.1 降水降尘自动采样器介绍  55
      4.1.1.2 PUF大气被动采样器介绍  55-56
    4.1.2 前处理和分析方法  56
  4.2 结果与讨论  56-61
    4.2.1 各站点粒子干沉降和气体干沉降通量的季节变化  56-59
      4.2.1.1 气体干沉降  56-58
      4.2.1.2 粒子干沉降  58-59
    4.2.2 北京与各线路上站点各季节的对比  59-60
      4.2.2.1 气体干沉降  59-60
      4.2.2.2 粒子干沉降  60
    4.2.3 干沉降与气溶胶中有机酸变化规律的对比  60-61
      4.2.3.1 气体干沉降  60-61
      4.2.3.2 粒子干沉降  61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 结论与建议  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 大气污染及其防治 > 粒状污染物
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