Блог

Aug 09, 2023

Фотоокисление дизельной сажи усиливает гетерогенное образование H2SO4.

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5364 (2022) Цитировать эту статью

2473 Доступа

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Как полевые наблюдения, так и экспериментальное моделирование показали, что черный углерод или сажа играют заметную роль в каталитическом окислении SO2 с образованием атмосферного сульфата. Однако каталитический механизм остается неоднозначным, особенно при световом облучении. Здесь мы систематически исследуем гетерогенную конверсию SO2 в дизельной саже или саже (DBC) под воздействием светового облучения. Результаты экспериментов показывают, что присутствие ДБК под действием светового облучения может существенно способствовать гетерогенному превращению SO2 в H2SO4, главным образом за счет гетерогенной реакции между SO2 и фотоиндуцированными радикалами OH. Обнаруженное фотохимическое поведение DBC позволяет предположить, что образование радикалов OH тесно связано с отрывом и переносом электронов в DBC и образованием реактивного супероксидного радикала (•O2-) в качестве промежуточного продукта. Наши результаты расширяют известные источники атмосферной H2SO4 и дают представление о внутреннем механизме фотохимического окисления SO2 на ДБК.

Быстрый рост количества транспортных средств привел к выбросам большого количества черного углерода (ЧУ) в нижние слои атмосферы1,2,3,4. Частицы ЧУ в выхлопных газах транспортных средств в основном образуются в результате неполного сгорания углеводородного топлива5,6,7. В частности, в северном Китае во время эпизодов дымки8 наблюдались массовые концентрации ЧУ до 20 мкг м-3 (почти 10% от общего количества твердых частиц)8. Высокая загрузка ЧУ может повысить стабильность атмосферы за счет образования температурной инверсии, которая будет способствовать развитию сильной дымки за счет подавления рассеивания загрязнителей воздуха9. Более того, аэрозоль ЧУ может влиять на климат, непосредственно поглощая солнечную радиацию и влияя на образование облаков и альбедо поверхности посредством осаждения на снег и лед10,11,12,13,14,15.

Недавние работы доказали, что взаимодействие между ЧУ и другими неорганическими веществами может повысить окислительную способность атмосферы и способствовать образованию сложного загрязнения воздуха16,17. Например, газообразная азотистая кислота (HONO) является важным предшественником гидроксильного радикала (OH) в тропосфере. Многочисленные исследования показали, что гетерогенное восстановление NO2 на поверхности БК является важным источником HONO18,19,20,21,22. Более того, сульфат является самым быстрообразующимся видом и быстро становится основным компонентом вторичных аэрозолей во время образования дымки23,24,25,26,27,28. Недавние работы по лабораторному моделированию и теоретическим расчетам показали, что сажа может действовать как катализатор, способствующий гетерогенному окислению SO2 до сульфата в темных условиях29,30,31. Камерные эксперименты также доказали, что каталитическую роль сажи в образовании сульфатов можно еще больше усилить за счет восстановления NO2 до HONO в присутствии как NO2, так и NH3 в условиях темноты32. Недавние полевые измерения в городском Пекине, проведенные Яо и др. показали, что каталитическое окисление SO2 в саже, образующейся на дорогах, может вызвать образование газовой фазы SO3 ранним утром33. Поэтому гетерогенная химия сажи в последнее время привлекает все большее внимание в области химии атмосферы.

Что касается его роли в темных условиях, некоторые недавние исследования показали, что как элементарный углерод (EC), так и органический углерод (OC) в BC проявляют заметную фотореактивность из-за их сильной светопоглощающей способности при освещении19,34,35,36,37. Было обнаружено, что фотоокисление OC, инициируемое ЭК, протекает посредством радикальных реакций, инициируемых переносом электрона, и поглощения света в результате прямого фотостарения, индуцированного ОК, за счет переноса энергии. Недавние данные наблюдений показали, что фотохимические реакции на частицах сажи могут способствовать образованию сульфатов в атмосфере в дневное время38. Однако внутренний механизм реакции SO2 на ЧУ остается плохо изученным. Более того, остается неясным, может ли фотоиндуцированная радикальная химия способствовать гетерогенной конверсии SO2.