研究揭示重霾顆粒物中硫酸鹽生成機(jī)制

我國(guó)復(fù)合型污染存在特殊性 華北治霾重在氮氧化物減排

來(lái)源：《光明日?qǐng)?bào)》2017-01-03 鄧暉

日前，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士生鄭光潔、賀克斌院士與德國(guó)馬克思-普朗克化學(xué)研究所教授程雅芳等學(xué)者聯(lián)合研究的成果在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。該研究因?yàn)槭状谓沂玖酥伥参廴酒陂g顆粒物中硫酸鹽迅速生成的化學(xué)機(jī)制而備受關(guān)注。近日，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)賀克斌接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，在我國(guó)華北地區(qū)大氣顆粒物表面的“結(jié)合水”中，可溶解的二氧化氮是經(jīng)典云水環(huán)境的約50倍，這種高濃度的二氧化氮環(huán)境，可以使二氧化硫迅速轉(zhuǎn)化為二次氣態(tài)污染物硫酸鹽，這是華北地區(qū)硫酸鹽形成的主要路徑。而燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)的氮氧化物減排，將有助于重污染“削峰降速”。

近年來(lái)對(duì)華北地區(qū)灰霾污染的研究表明，硫酸鹽是重污染形成的主要驅(qū)動(dòng)物。然而，現(xiàn)有的基于歐美等相對(duì)清潔地區(qū)的大氣化學(xué)理論體系，無(wú)法解釋重霾期間硫酸鹽的迅速生成。因此，找到硫酸鹽在重灰霾情景下的特有生成路徑，是解釋重霾形成的關(guān)鍵所在。賀克斌介紹，他們運(yùn)用外場(chǎng)觀(guān)測(cè)、模型模擬及理論計(jì)算等手段發(fā)現(xiàn)，在華北地區(qū)霧霾期間，硫酸鹽主要是在中國(guó)北方地區(qū)特有的偏中性環(huán)境下由二氧化硫和二氧化氮溶于空氣中的“顆粒物結(jié)合水”（指PM2.5在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下潮解所吸附的水分）迅速反應(yīng)生成。

而基于歐美等地區(qū)的硫酸鹽生成機(jī)制研究的經(jīng)典理論認(rèn)為，與云水中的液相反應(yīng)相比，顆粒物“結(jié)合水”的反應(yīng)可以忽略；且在液相反應(yīng)路徑中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸鹽這一路徑的貢獻(xiàn)可以忽略。但重霾污染時(shí)的情景與經(jīng)典情景有很大不同。一方面，由于顆粒物濃度大幅上升及靜穩(wěn)氣象條件下相對(duì)濕度較高等原因，顆粒物結(jié)合水含量遠(yuǎn)高于經(jīng)典情景，表明顆粒物結(jié)合水的反應(yīng)總量大大提升；另一方面，重霾污染期間二氧化氮濃度為經(jīng)典云水情景下的50倍以上，表明二氧化氮氧化路徑的相對(duì)重要性；此外，由于氨、礦物塵等堿性物質(zhì)在北京及華北地區(qū)的大量存在，這些地區(qū)的顆粒物結(jié)合水的pH值遠(yuǎn)高于美國(guó)等地區(qū)，而二氧化氮氧化機(jī)制的反應(yīng)速率隨著pH值的上升大幅提高。

“該研究表明了我國(guó)的復(fù)合型污染的特殊性。”賀克斌介紹，該成果可以為制定多種污染物協(xié)同減排的精準(zhǔn)控制方案提供實(shí)際指導(dǎo)，“高二氧化硫主要來(lái)自燃煤，高二氧化氮主要來(lái)自燃煤和機(jī)動(dòng)車(chē)等，而起到中和作用的堿性物質(zhì)氨、礦物塵等則來(lái)自農(nóng)業(yè)工業(yè)污染、揚(yáng)塵等。這些不同的污染源在我國(guó)同時(shí)以高強(qiáng)度排放，導(dǎo)致了硫酸鹽以特有的化學(xué)生成路徑迅速生成。這也是重霾污染期間顆粒物濃度迅速增長(zhǎng)的主要原因之一。”

賀克斌建議，如果把氮氧化物減排提到更優(yōu)先的位置上，可以有效抑制硫酸鹽的形成：“氮氧化物的來(lái)源主要是燃煤和機(jī)動(dòng)車(chē)。就北京來(lái)說(shuō)，高排放老舊車(chē)、柴油大貨車(chē)和散煤燃燒，應(yīng)該成為現(xiàn)階段氮氧化物減排重點(diǎn)。”

編輯：華山