气溶胶性质

大气气溶胶的定义、基本特征大气气溶胶的化学组成、来源与去除大气气溶胶的危害主要内容大气气溶胶的定义、基本特征液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成相对稳定的悬浮体系。液体或固体微粒（即颗粒物或粒子）是指空气动力学直径为0.002~100μm的液滴或固态粒子。形状：很复杂液体颗粒物近似于球形，固体颗粒物多不规则，有片状、柱状、雪花状、针状等等。定义气溶胶图例北京市典型烟尘集合体的TEM图像（a.链状;b.簇状)表面光滑的飞灰表面吸附超细颗粒的飞灰矿物颗粒石英硫酸盐气溶胶分类：按粒径的大小：①总悬浮颗粒物(TSP)：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。Dp(粒径)在100m以下，其中多数在10m以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。②飘尘：Dp＜10m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。③降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在TSP中直径大于30μm的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物称为降尘。④可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织(ISO)建议将其定为Dp≤10μm。⑤细粒子：其粒径小于2.5μm，记为：PM2.5气溶胶分类：按颗粒物成因分:分散性气溶胶：指固态或液态物质经粉碎、喷射形成微小粒子分散在大气中形成的气溶胶，如海浪分溅、农药喷洒等。凝聚性气溶胶：由气体或蒸汽遇冷凝聚成液态或固态微粒而形成的气溶胶。气溶胶分类：按颗粒物的物理(凝聚)状态分:固态：烟、尘液态：雾固液混合：霾、烟雾中国环境空气质量标准中PM10（Dp≤10μm）的相关标准取值时间浓度限值（mg/m3）一级标准二级标准三级标准年均值0.040.100.15日均值0.050.150.25美国环保局1997年提出、2003年通过了PM2.5国家环境空气质量标准，规定PM2.5的年均浓度和日均浓度限值分别为15和65μg/m3。地点观测时间质量浓度参考文献北京1999.7-2000.9夏季76Heetal.(2001)北京1999.7-2000.9冬季176Heetal.(2001)太原2005.12216.7Mengetal.(2007)南京2001149.0王荟等.(2003)上海2003.9-2005.194.64Wangetal.(2006)广州2002.1-2105.9Caoetal.(2005)青岛1997-200043.6Huetal.(2002)厦门199340.0Gaoetal.(1996)大连200267.5Takamietal.(2006)香港2002.1-254.5Caoetal.(2005)珠海2002.1-259.3Caoetal.(2005)不同地区PM2.5的平均质量浓度（μg/m3）相关概念一次气溶胶：由排放源直接排放到大气中的颗粒物。二次气溶胶：通过与气体组分的化学反应生成的颗粒物。均质气溶胶：所有颗粒物的化学组成相同。单谱气溶胶：所有的颗粒物粒径大小相同。多谱气溶胶：多种粒径大小的颗粒物。大气气溶胶的浓度表示方法•数浓度：个/cm3•表面积浓度：μm2.cm-3•体积浓度：μm3.cm-3•质量浓度：mg.m-3;μg.m-3气溶胶的来源大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为自然源和人为源。自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾等。人为源主要来自化石燃料燃烧、工农业生产活动等；人为排放气态污染物在一定条件下的气－粒转化过程也是大气气溶胶的一个重要来源。大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。（1）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后沉降。（2）湿沉降：①雨除：气溶胶的颗粒物作为凝结核，成为云滴中心，通过凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T0℃）即雪，形成降雨/雪。②冲刷：在降雨/雪过程中，雨滴将大气中的微粒挟带或冲刷下来。气溶胶的去除气溶胶的表面性质大气气溶胶的化学组成主要内容气溶胶粒子的化学组成1离子成分:SO42-；NH4+；NO3-Mg2+；Ca2+；Na+；Cl-2有机物含量:多环芳烃（PAHs）有机碳（OC）和无机碳（EC）3元素组成：地壳元素如Si,Fe,Al,Na,Mg,Ca和Ti等；污染元素如Zn,K,Cd,Ni,Cu和Pb等。阳离子：NH4+、Mg2+、Na+、K+等金属离子；阴离子：SO42-、NO3-及Cl-、Br-等卤素离子存在；（一）离子成分这些离子成分通常是气溶胶理化特性研究的必测项目。它们对太阳光产生散射和吸收作用，使能见度降低，为大气污染的标志之一。除影响气候变化，还可以控制气溶胶粒子的酸化。所以研究离子的浓度、时空分布、粒径分布等有利于研究气溶胶形成机制，并预测气溶胶的来源。1.种类（1）SO42-（一）离子成分非海盐硫酸盐（nss-SO42-）是对流层气溶胶粒子中普遍存在的组分，在海洋和大陆环境中都能检测到，但其气态前体物不同。海洋中SO42-的气态前体物：来自浮游植物产生的二甲基硫；大陆SO42-的气态前体物：主要来自人为排放的SO2的转化。（一）离子成分与SO2相比，气溶胶中的H2SO4(SO42-)引起了更多更严重的问题:H2SO4/SO42-是大气中的强酸，可以使降水酸化，导致酸雨的主要因素之一，引起一系列严重的生态问题；H2SO4/SO42-主要分布在亚微米范围的颗粒物中，不易沉降，可通过呼吸道进入人体肺部，对人体健康有影响；H2SO4/SO42-具有较高的消光系数，影响城市能见度的重要因素之一；大气中的H2SO4/SO42-颗粒物在大气化学和全球气候效应等过程中起着非常重要的作用。（2）NO3-（一）离子成分大气中的HNO3/NO3-是光化学反应的产物。NOx的光化学反应生成了气态HNO3，气态HNO3在适当的条件下形成盐进入颗粒物，成为大气颗粒物的重要组成部分。在沿海地区大气中，NO3-可以以NaNO3的形式存在于粗粒子中，主要来自气态硝酸和海盐的反应；在污染较严重的城市大气中，NO3-主要以NH4NO3的形式存在于细粒子中，它是大气中的气态HNO3被氨中和的产物。（3）NH4+（一）离子成分在城市大气中，气态氨与大气化学过程产生的二次污染物H2SO4、HNO3结合成盐，形成(NH4)2SO4和NH4NO3。是大气颗粒物细粒子的极为重要的组成部分，也是城市大气二次污染的标志产物。同时，NH3还可以和燃煤排放到大气中的气态HCl反应生成NH4Cl，存在于细粒子中。（4）其他的水溶性离子（一）离子成分a.Cl-：海盐粒子是大气颗粒物中Cl-的主要贡献者。沿海地区大气颗粒物中的Cl-主要存在于粗粒子中；化石燃料（煤）的燃烧也可以排放，存在于细粒子中，使得燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl-会产生富集。b.Na+：海水中含量最高的阳离子，沿海地区中几乎都来于海洋排放，存在于粗模态中。由于其化学性质稳定，常被作为海洋源的参比元素。（4）其他的水溶性离子（一）离子成分c.K+：大气颗粒物中K+主要以细粒子模态存在，主要为生物质燃烧产生；d.Ca2+：来自于土壤，是土壤扬尘的标识元素，存在于粗模态中。另外，道路扬尘和建筑尘也含有较多的Ca2+；e.Mg2+：既有海洋源，又有土壤源的贡献，主要分布于粗模态中。沿海站点的Na+浓度明显高于其它内陆城市。在北京、上海、广州和乌鲁木齐等大城市中NO3-和Ca2+的平均浓度均较高，这与城市大量的汽车尾气排放和城市建设引起的扬尘有关;城市和沿海地区的SO42-均具有较高浓度;不同地区TSP中的水溶性离子浓度气溶胶粒子中的有机物粒径一般比较小，尺度多在0.1～5μm的范围内。种类：烃类（烷、烯、芳香烃、多环芳烃），亚硝胺，氮杂环化合物，酮，醌，酚、酸等，有生命的有机物（孢子，细菌，花粉）。（二）有机物1.多环芳烃(PAHs)：PAHs指两个或两个以上苯环连在一起的碳氢化合物。其性质稳定，数量多，种类多，广泛存在于大气环境中。来源：自然源：火山爆发、森林火灾和生物合成。人为源：煤、石油、木材以及有机高分子化合物的不完全燃烧和裂解产生。多数来自化学工业、交通运输和日常生活等。（二）有机物排放到大气中的PAHs主要以气相和吸附在颗粒物表面两种形式存在。2～3个苯环数的PAHs主要存在于气相中；4个苯环的在气相和颗粒相均有显著分布；5～6个苯环的主要在颗粒物中。研究表明：有70～90％的PAHs分布在Dp≤3.5μm的颗粒中。1.多环芳烃：16种优控多环芳烃的结构及性质中文名称英文缩写分子式环数分子量沸点（℃）致癌性萘NapC10H82128217－苊AceC12H83152275－二氢苊AcC12H103154279－芴NlC13H103166298－菲PheC14H103178340－蒽AnC14H103178341－荧蒽FlurC16H104202384－芘PyrC10H84202384－ChrC18H124228448弱致癌苯并[a]蒽BaAC18H124228438致癌苯并[b]荧蒽BbFC20H125252481强致癌苯并[k]荧蒽BkFC20H125252481强致癌苯并[a]芘BaPC20H125252500特强致癌二苯并[a,h]蒽DAC22H145278升华特强致癌苯并[g,h,i]苝BPC22H126276542助癌茚并[1,2,3-cd]芘IPC22H126276特强致癌其中，苯并[a]芘（B[a]P）被认为是PAHs中毒性最强的化合物。由于全球大气循环，在南极的雪和冰中也都检测到了B[a]P。Sources：沥青、燃煤的烟气、油脂类食物的熏烤过程、香烟的烟气、汽车尾气等。类型地点FlurBbFPyrBaAChrBaPBP观测时间TSP沈阳0.712.770.650.320.840.782.212001年夏季沈阳51.5119.9150.925.0832.3819.6613.252001年冬季广州Nd7.222.154.324.167.0710.081994-1995年冬春香港ndnd1.251.461.491.531.751994-1995年冬春贵屿4.54－10.25.0311.415.427.92004.8.16-9.17Tokyo0.260.500.380.210.320.350.661997年夏季Tokyo1.071.011.070.821.190.861.131997年冬季Seoul1.010.830.670.660.550.330.661999年冬季PM2.5贵屿2.8－6.812.828.548.8519.42004.8.16-9.17南京3.2357.95.98.45.44.22004.2.15-3.1香港0.279.386.390.883.052.652.042000.11.23-2001.3.1长岛12.88－11.36.1212.746.069.972003.12.24-2004.1.15大连13.126.511.928.624.913.414.71998.1注：“nd”代表未检出；“－”代表未检测。中国北方地区PAHs浓度明显高于南方以及日韩地区。东亚地区大气气溶胶中PAHs的浓度（ng/m3）类型地点FlurBbFPyrBaAChrBaPBP观测时间TSP沈阳0.712.770.650.320.840.782.212001年夏季沈阳51.5119.9150.925.0832.3819.6613.252001年冬季广州Nd7.222.154.324.167.0710.081994-1995年冬春香港ndnd1.251.461.491.531.751994-1995年冬春贵屿4.54－10.25.0311.415.427.92004.8.16-9.17Tokyo0.260.500.380.210.320.350.661997年夏季Tokyo1.071.011.070.821.190.861.131997年冬季Seoul1.010.830.670.660.550.330.661999年冬季PM2.5贵屿2.8－6.812