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[转载]专家揭雾霾中硫酸盐咋生成建议加大氮氧化物减排: 热度 1 redtree 2016-12-22 17:55; 专家揭雾霾中硫酸盐咋生成建议加大氮氧化物减排（原标题：研究揭示北京雾霾中硫酸盐生成机制建议加大氮氧化物减排）新华社华盛顿12月21日电中德两国研究人员21日说，他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜，发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。近年来，北京及华北地区雾霾频发。已有研究表明，硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上，重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2．5中的质量占比可达20％，是占比最高的单体；在相对趋势上，随着PM2．5污染程度上升，硫酸盐是PM2．5中相对比重上升最快的成分。因此，硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。清华大学贺克斌院士、张强教授、郑光洁博士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授、乌尔里希·珀施尔教授、苏杭教授等人当天在新一期美国《科学进展》杂志上报告说，他们运用外场观测、模型模拟及理论计算等手段发现，在北京及华北地区雾霾期间，硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”，在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。颗粒物结合水是指PM2．5在相对湿度较高的环境下潮解所吸附的水分。该结论与通常认为的硫酸盐形成机制有较大不同。现有基于欧美等地区的经典大气化学理论认为，硫酸盐主要是在云水环境中形成，由于云中的液态水含量远高于颗粒物结合水，通常高出1000到10万倍，所以与云水中的硫酸盐生成反应相比，颗粒物结合水中的反应可以忽略；理论计算还显示，在云水反应路径中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐这一路径的贡献也可忽略不计。而在北京及华北地区雾霾期间，一方面，由于颗粒物浓度大幅上升及静稳气象条件下相对湿度较高等原因，颗粒物结合水含量远高于经典情景，颗粒物结合水中的反应总量大大提升；另一方面，重度雾霾期间二氧化氮浓度为经典云水情景下的50倍以上，这直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外，北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地，呈现出特有的偏中性环境，而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。研究人员据此在论文中指出，优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。 “该研究表明我国复合型污染的特殊性，”贺克斌院士对新华社记者说，“高二氧化硫主要来自燃煤电厂，高二氧化氮主要来自电厂和机动车等，而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放，导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成，这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。” 伦敦酸雾通常被认为是由燃煤排放的烟尘以及二氧化硫等一次污染物所致。洛杉矶雾霾则是一种光化学污染，主要原因是机动车尾气在阳光作用下反应生成了二次污染物。而中国雾霾是一次与二次污染物混合造成。贺克斌说，这种复合型污染的特殊性更加表明了多污染物协同减排的重要性，尤其是现阶段应优先加大氮氧化物减排力度。“之前我们虽然知道需要减排，但是如果无法弄清重霾污染形成的关键化学机制，就无法进行有效的模型定量模拟分析，也就无法准确评估如何减排最有效、最科学。不科学减排可能导致严重后果，可能花了很多人力物力，但收效甚微。”; 个人分类: 环境新闻|1854 次阅读|1 个评论

雾霾是不是水污染造成的: 热度 1 jiangming800403 2015-12-24 19:27; 较大的范围内，自然源排放进入大气的硫酸盐和硝酸盐（特别是硝酸盐）也不少，比如火山喷发，比如生物质的分解与燃烧、土壤和水中的硝化与反硝化作用，比如闪电固氮。; 个人分类: 能源、大气环境与气候变化|2773 次阅读|1 个评论

雾影霾踪: 热度 2 jiangming800403 2015-3-7 11:01; 雾影霾踪细颗粒物 (PM2.5) 造成的雾霾天气每隔一段时间就会成为社会关注的热点话题。雾霾本质上是由细颗粒物吸湿形成的气溶胶造成的。细颗粒物成分复杂，主要包括硫酸盐、硝酸盐、挥发性有机物和粉尘。从来源上讲，大体可以分为三类：自然界中的粉尘、生物质燃烧以及土壤和水体中氮素的反硝化反应，化石燃料燃烧和工业粉尘。在 NASA 那张著名的遥感图中，北非撒哈拉地区 PM2.5 高值区显然是自然源，工业并不发达的南亚主要是生物物质燃烧包括森林火灾释放的废气和碳粒形成的亚洲褐云，我国中东部地区大范围的细颗粒物高值区则成因复杂，上述三方面的因素可能都起到关键作用。但从细颗粒物分布的高值区分布分析都有以下特点，一是盛行风向多从陆地吹向海洋，颗粒物来源丰富，二是大体处于干旱、半干旱地区或存在季节性干旱，大气降水的淋洗作用弱。西风烈，喇叭声泣，我国大部分地区处于中纬西风带和高细颗粒物的亚非荒漠带的下风方向，空气中风尘来源丰富，著名的黄土高原就是大风刮过来的。同时，我国中东部地区又受到东亚（东南）季风影像，降水多锋面雨，但若冷锋较弱，冷暖空气交汇就会形成大雾迷城的天气，雾大了能见度就会受损，而且空气中的水汽会干扰 PM2.5 观测设备的正常工作。雾里看霾，自然也看不明白。煤炭是我国的基础能源，占我国一次能源用量的大约三分之二，也是最大的空气污染物来源，主要污染物排量大约是石油和天然气的 10 倍以上，但是空气中氮氧化物的最大的来源可能还是生物质燃烧以及土壤和水体中氮素的反硝化反应，因为农作物秸秆中的氮素含量在百分之一以上，高出化石燃料至少一个数量级，我国每年要烧掉柴草大约 3-4 亿吨，而土壤和水体中氮素的反硝化反应释放的氮氧化物至少也要有上千万吨。我国 80% 的煤炭火电厂、钢铁厂、建材厂、化工厂的工业生产，其排放的烟气大约经过工厂的大烟囱升上高中，然后在风力作用下四处飘散，就像生物质燃烧以及土壤和水体中氮素的反硝化作用一样，影响范围广，而强度低。石油和天然气则不尽然，主要用于交通和城镇生活用能，其影响主要集中在城市和交通沿线附近的低空大气，影响面积可能不到国土面积的百分之一（ 10 万平方公里）。虽然煤烟污染的总量远远大于石油和天然气，但由于其影响范围比石油和天然气多十几倍甚至几十倍，因此单位面积的污染物负荷相对更低。在城市里，空气污染物可能主要还是来源于当地的污染源而不是远距离输送而来的。硫酸盐、硝酸盐、粉尘的化学成分在空气中均比较稳定，不太容易变成其他什么玩意。只能随风飘走，或在重力或降水淋洗作用下沉降到地面上。而挥发性有机物则可能在阳光和氧的作用下降解成无害的水和二氧化碳。细颗粒物本身不见得对人体造成多大伤害。实际上，在北京猿人发现了火以后，用篝火取暖、烧烤食物，我们的祖先就在不断的接触细颗粒物。正因为细小，细颗粒物可以通过肺泡粘膜进入到血液中，最后被巨噬细胞吞噬，而不会积累在肺部，形成尘肺，这也是生命有机体的排毒过程，从北京人开始用火的几十万年里，人类已经自我进化出这种机能，因此才没有在洞穴中被万年不熄的火种熏死。雾霾引起的真正危害可能是长期的心理焦虑。但是不论是流行病学调查，还是生物毒理试验都说明低浓度硫和硝化物气溶胶引起的雾霾本身不大可能造成持久性的健康损坏。细颗粒物是否有害更关键的在于其本身的化学成分，真正需要引起重视的是成分复杂的有机物颗粒、金属和非金属粉尘。在城市里他们主要来源于汽车尾气，以及烹制事物、室内建筑和装饰材料的挥发。虽然它们不可见到，但不代表是无害的。燃煤释放的汞、氟、砷等金属和非金属的毒物以及放射性烟尘也需要我们足够的重视。公民国家，不仅仅是公民有批评的自由，更关键的是在于建设性的积极参加社会活动。我们不能一直制造污染，同时继续骂国家治污不利。但是，当国家采取限制为了治理污染采取限制公民自由的时候，比如限行，又会遭到批评。雾影霾踪，无影迷踪。; 个人分类: 能源、大气环境与气候变化|2803 次阅读|2 个评论

雾霾研究重要新动向，主流看法将会发生变化！: 热度 29 Talky 2013-12-11 11:04; 雾霾研究重要新动向，主流看法将会发生变化！雾霾对于大气环境的危害主要是两个方面：能见度和人体健康。目前大家重视的是雾霾的根源 -PM2.5 的组分和来源，以便弄清其来源和对人体健康的危害。当然也关心大范围雾霾污染的成因，如这次华中华东地区的雾霾污染。但关于雾霾对能见度影响的研究正在出现新动向。目前是厦门、南京和广州的研究走在了前面。北京和上海的研究工作可能正在进行之中。这方面的研究成果将引导认识到一个新阶段，主流意见可能将发生变化！他们的研究应用了美国 IMPROVE 项目的分析技术，成果表明， PM2.5 中对能见度损害起主要贡献的，是硫酸盐！展示几张图片供参考： 1 、厦门，引自： Fuwang Zhang, Lingling Xu, Jinsheng Chen, Yanke Yu, Zhenchuan Niu, Liqian Yin Chemical compositions and extinction coefficients of PM2.5 in peri-urban of Xiamen, China, during June 2009–May 2010 Atmospheric Research 106 (2012) 150 – 158 图 3 中可见，研究时段内（ 2009 年 6 月 ~2010 年 5 月），有机物组分对消光系数的贡献最大，硫酸盐的贡献大大超过硝酸盐。 2 、南京，引自： Guofeng Shen, Miao Xue, Siyu Yuan, Jie Zhang, Qiuyue Zhao, Bing Li, Haisuo Wu, Aijun Ding Chemical compositions and reconstructed light extinction coefficients of particulate matter in a mega-city in the western Yangtze River Delta, China Atmospheric Environment 83 (2014) 14-20 （注： 2014 年出版的国际刊物已经在网上可以查到） 3 、广州，引自： Jun Tao, Leiming Zhang, Kinfai Ho, Renjian Zhang, Zejian Lin, Zhisheng Zhang, Mang Lin, Junji Cao, Suixing Liu, Gehui Wange Impact of PM2.5 chemical compositions on aerosol light scattering in Guangzhou — the largest megacity in South China Atmospheric Research 135–136 (2014) 48–58 （也是一篇 2014 年要发表的文章！）气溶胶组分比例，红色为无机盐，包括硫酸盐、硝酸盐和海盐各组分对消光系数贡献比例， CM 为碳物质， OM 有机物， FS为土壤细颗粒， SS 为海盐， 4、美国IMPROVE研究项目再展示一张美国研究计划“ IMPROVE ~ Interagency Monitoring of PROtected Visual Environments ”第五次报告（ 2011 年）中的一张图，是东部美国城市网络（ CSN ） PM2.5 各主要组分对能见度影响的贡献， 2005-2008 个月平均情况。黄色代表 AS~ 硫酸铵，红色代表 AN~ 硝酸铵，绿色代表 POM 是有机物气溶胶，黑色代表 LAC~ 光吸收碳，灰色代表土壤 ~Soil ，蓝色代表海盐 Sea salt 。可见：在东部美国， PM2.5 损害能见度的主要是硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶和光吸收碳。全年各个月份中，夏季（ 6 、 7 、 8 月）硫酸盐明显贡献最大，有机气溶胶其次，硝酸盐贡献还不如光吸收碳。但其他月份，硝酸盐贡献加强，可超过有机气溶胶。但除个别城市外，还是以硫酸盐的贡献为第一位。因此整体说来，硫酸盐第一，硝酸盐和有机气溶胶并列，然后是光吸收碳粒。。。。; 个人分类: 灰霾|19637 次阅读|84 个评论

肆虐中国上空的硫酸盐是白色的？~ 兼答好友博文“治理华北雾霾”: 热度 1 Talky 2013-10-17 09:36; 肆虐中国上空的硫酸盐是白色的？ ~~ 兼答好友博文 “ 治理华北雾霾 —— 极为昂贵梦想 ” 硫酸盐自然不是白色的，只不过是 NASA 研究人员选用白色而已。办公室让校对一下联合国环境规划署 (UNEP) 2012 年年报的中文翻译，其中有一张图出自 NASA 研究人员，计算机模拟的全球气溶胶分布图。注明： “ 沙尘（红色）从地面上升起，海盐（蓝色）在飓风漩涡中旋转，烟雾（绿色）从大火中升起，硫酸盐颗粒（白色）从火山爆发和化石燃料释放中涌出 ” 。（高分辨率的图形可以从NASA网站上找到）放大中国部分，上空居然是硫酸盐最显著：资料来源： William Putman, NASA/Goddard 。这是计算机模拟结果，人为的因素相当大，所以不能完全回答好友认为是 “ 盐碱尘暴 ” 的问题。这里只是说明 “ 雾霾 ” 不是尘，含 “ 雨 ” 即含水汽，气溶胶中硫酸盐和硝酸盐才是造成雾霾主凶。但是，我们大气环境研究人士应当注意了： NASA 研究人员为什么偏好硫酸盐？有没有实测数据的佐证（一般模式工作结果是需要适当检验的）？还想起一个问题。气溶胶的采样监测中，除了质量浓度外，还有一种数量浓度，即每立方米多少个细粒子。形成雾霾涉及凝结核 CCN ， CCN 的影响大小主要是个数。数量多了容易形成细小水滴，霾或雾，影响能见度。怎么没有这方面的消息和报告？建议中科院大气所300米高塔上在是否有雾霾时监测细粒子数量浓度的差别。; 个人分类: 灰霾|4619 次阅读|2 个评论

水中花园: yaoronggui 2010-7-20 06:12; 将硅酸钠（ Na 2 SiO 3 ）溶于水中制成溶质质量分数为 40% 的水玻璃，轻轻将盐的晶粒，如钴、铁、铜、镍和铅的氯化物，铝、铁、铜和镍的硫酸盐，钴、铁、铜和镍的硝酸盐，加入到水玻璃中（注意不能摇晃），这样五彩缤纷的花就慢慢地生长起来了。; 个人分类: 化学与生活|3741 次阅读|0 个评论

混凝土材料在海水侵蚀下的产物-钙钒石: mqjiang 2009-1-5 18:32; 来力学所读博参与金属玻璃力学行为研究之前,我主要的研究方向是混凝土材料在海水侵蚀下的损伤破坏机理研究.硕士论文的题目是海水侵蚀下混凝土材料的微结构演化及宏观力学性能的研究.下面是论文的摘要: 本文以淮河入海水道滨海枢纽工程混凝土抗侵蚀性研究为工程背景，对海水侵蚀条件下混凝土材料的微结构演化及宏观力学性能进行了研究。将连续损伤力学理论和细观力学理论结合，给出了考虑孔洞内压和基体损伤演化的混凝土材料的宏观本构关系，并且根据得到的本构关系提出了海水侵蚀下混凝土材料有效弹性模量的一个演化模型。首先，采用微观实验方法对砂浆中的钙矾石的生长规律进行了研究，通过定量 X 衍射分析测定了钙矾石含量随侵蚀时间的演化规律。制备了纯钙矾石晶体，应用环境扫描电子显微镜 (ESEM) 的冷台状态原位观测了晶体的形成、生长规律，并且定期观察了不同浓度硫酸盐侵蚀条件下砂浆内部微观结构随侵蚀时间的演化规律。实验研究的成果为第四章的细观理论分析提供了依据和验证。其次，采用普通硅酸盐水泥 , 分别配制了水灰比在 0.4-0.8 范围内的水泥砂浆试件，采用宏观的加速、对比腐蚀实验，研究了水泥砂浆材料在硫酸盐侵蚀条件下，其动弹性模量、抗压强度、线膨胀量和抗折强度随侵蚀时间的演化规律，并且通过微观实验 ( 环境扫描电镜观测 (ESEM) 、 X 射线衍射分析 (XRD) 以及能谱分析 (X-EDS)) 分析了宏观力学性能演化的机理。分析表明：硫酸盐侵蚀混凝土材料，从而引起材料宏观力学性能演化这一过程本质上包含两个问题：一是化学问题即硫酸盐渗透导致钙矾石形成，引起混凝土材料凝聚性降低，导致强度降低；二是力学问题即钙矾石形成后，其自身的结构特性、力学性能以及生长对混凝土材料的相互作用导致混凝土材料中微损伤发展，引起材料宏观力学性能的演化，并最终使材料耐久性降低形成破坏。最后，应用损伤力学和细观力学相关理论，研究了海水侵蚀环境下混凝土材料的宏观本构关系，并且基于本构关系提出了海水侵蚀下混凝土材料的有效模量演化模型。首先将钙矾石的影响等效为孔洞内压和基体内的微损伤，把混凝土材料看成两相模型含内压的圆球形孔洞和含微损伤的固体基体；其次，在考虑孔洞内压的基础上，研究了海水侵蚀下混凝土材料的宏观本构关系，在该本构关系的研究中，考虑了损伤演化的影响；最后根据得到的本构关系提出了海水侵蚀下混凝土材料的有效模量演化模型。针对一维应力加载方式，对此有效模量模型进行了数值计算，并且应用此模型，选取一定参数对宏观实验结果进行了曲线拟合，拟合结果表明，此模型可以很好的描述已有的实验结果。计算结果指出：海水侵蚀初期，混凝土材料模量持续增长，接着经过一个相对长期的稳定阶段后，模量迅速下降，形成破坏。讨论了孔洞应力在一维应力加载方式下对混凝土材料宏观本构关系的影响。研究表明：孔洞应力不仅对材料的有效模量有一定的削弱作用，而且在材料中形成一个初应变 ( 或者初应力 ) ，孔洞应力越大，此削弱作用越强，初应变 ( 或者初应力 ) 也越大。当时这个研究工作对于我后来读博做科研的帮助还是蛮大的.通过上述的论文工作,一些的基本实验工具以及涉及到材料方面的研究手段都大致接触到了.有的甚至能够进行熟练的操作.记得当时的实验工作量很大,历时很长,这种侵蚀实验(虽然加速了),一般都是以月为单位周期计算的.当时这个工作是导师的新项目,就我一个人参与,整整做了1年半,每周都要把SEM,TG-DTA,XRD,无损检测,抗折,线膨胀几个实验轮一遍. 下面是当时的浸泡试样的箱子和一些养护中的试样: 这几年,基于我当时的实验工作,课题组通过理论分析,陆续有几篇不错(在工程领域)的文章发表(具体可以见我以前的文章),作为第二作者,我也是非常高兴,毕竟当时的工作没有白费,也得到了认可. 下面几篇文章中使用的我当时拍的电镜照片(版权所有): 不知道这里有没有同行.欢迎讨论讨论. 从混凝土材料的研究转到非晶态合金材料的研究,虽然跨度有点大.但是研究材料的一些基本过程还是相通的.而且,从结构无序这点来看,它们还是一家呢.虽然一个是微米甚至毫米尺度颗粒的无序,另一个是原子尺度的结构无序(如下图所示). (Science 2007, Liu et al.); 个人分类: 学术研究|10823 次阅读|1 个评论

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