大氣中細顆粒物表面多相化學反應的研究

盧博文

（河南工業和信息化職業學院）

由于細顆粒物在大氣環境中起著非常重要的作用，所以細顆粒物的來源以及其物理和化學特性的研究一直備受國內外的關注，關于細顆粒物的研究如今已經是國際上大氣科學研究中最前沿的領域。在顆粒物的表面發生的多相化學反應也被認為是大氣化學中一個非常重要的內容。現在細顆粒物對人體健康的影響、炭黑對于氣候變化所產生的作用、酸沉降與氮硫排放的控制措施、沙塵暴對海洋生產力的影響等受到了重點關注，細顆粒物表面的化學反應動力學的研究涉及很多的科學問題，也就是說，對它的研究可以解決很多的科學難題。

一、大氣中細顆粒物的性質與研究方法

1.大氣環境中細顆粒物的性質

大氣中的細顆粒子表面積大，一般為4m2/g～200m2/g，吸附或者吸著能力強，大氣中的許多污染物質都可以在細粒子表面聚集，并且細粒子在大氣中的停留時間比較長，為大氣多相化學反應提供了活性界面。一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、五氧化二氮和硝酸與海鹽中氯化鈉的反應是大氣中硝酸鈉的主要來源。在炭黑表面的反應是氮氧化物去除和轉化的重要途徑之一，一氧化氮可與炭黑表面吸附的氧氣反應生成二氧化碳，二氧化碳在炭黑表面吸附更快。二氧化碳首先與礦物質顆粒表面反應生成亞硝酸鹽，然后繼續反應生成硝酸鹽和氣態一氧化碳。大氣中炭黑顆粒物對二氧化硫的催化作用很早就有報道，研究表明只有在水和氧氣存在的條件下，二氧化硫才能在炭黑的表面有效氧化，氧化產物為硫酸氫根離子。

2.大氣中細顆粒物表面多相化學的研究方法

在大氣的化學環境中多相化學反應就是在液體和固體表面上氣凝聚界面的傳質和反應過程，一般采用的方法就是計算出氣體的損失量以及顆粒物表面所形成的轉化產物是什么。需要用到的實驗儀器主要有流動管、鼓泡裝置、飛行時間質譜儀等。因為細顆粒物表面的化學反應和它自身的大小等有關，所以為了在分子水平了解多相化學反應過程以及將實驗室測量數據與實際大氣相結合，細顆粒物表面的特征分析就顯得十分關鍵，特別是電子探針的應用，使得對顆粒物的研究取得了非常大的突破。如今它已經成為大氣環境研究中一件重要的工具。

二、大氣中細顆粒物的污染

大氣中細顆粒物表面的多相化學反應的研究非常重要，但是，現在對它的一些化學反應的機制還不是很了解。大氣顆粒物指的是那些漂浮在大氣中的極細小的顆粒物，在科學環境中，很多時候將這些極細小的顆粒物稱之為氣溶膠。如果按照顆粒物形成的機制來劃分就分為一次顆粒物和二次顆粒物。所謂的一次顆粒物指的是自然環境中本身就有或者是人為污染源放到了大氣中可以造成污染的污染物，如土壤中的灰塵、燃燒稻草稈和海鹽粒子等。而二次污染顆粒指的是大氣中某些污染氣體進入大氣環境后所形成的顆粒物，如二氧化硫、碳氫化合物等。人們在對這些問題進行研究的時候，需要借助的東西很多，主要就是分析化學以及反應動力學等的新理論，此外，還要與實驗相結合才行。由于細顆粒物的化學成分非常多，并且大氣中細顆粒物的來源會隨著地區的不同而不同。所以，對大氣中細顆粒物表面多相復合反應和機理的研究要與當地的大氣中細顆粒物的品種相結合，如此對于研究當地大氣環境才有實際意義，否則將是一種無用功。現在我國正處于經濟發展最為關鍵的時刻，很多地方由于只注重經濟的發展而忽略了環境污染等問題，大量的開展工業，而工業的開展又需要大量的煤礦與石油等，煤炭與石油的消耗會釋放出大量的粉塵顆粒物，形成霧霾。一些污染企業的增加也是造成空氣質量下降的主要原因之一。所以現在國內各大城市的大氣污染十分嚴重，而大氣污染嚴重危害最大的就是細顆粒物，特別是一些煤礦業發達的城市的PM 值一度爆表。在我國很多的大中型城市，幾億人口都面臨著空氣中隱形殺手的危害。所以要優化能源結構，加大潔凈煤的技術開發力度，提高使用天然氣等清潔燃料的比例，同時要積極地發展物質能、風能等新能源和可再生能源。

綜上所述，大氣中細顆粒物和城市的大氣污染問題是有密切關系的，那么研究這些問題的意義就在于，通過研究城市大氣污染條件中的細顆粒物，從而找到細顆粒物和氧化劑的作用規律，這也是研究我國城市大氣污染控制最有效的方式之一。

朱彤，尚靜，趙德峰.大氣復合污染及灰霾形成中非均相化學過程的作用［J].中國科學·化學，2010.