科研进展

NO2非均相反应对CaCO3吸湿性的影响获揭示

  

  作为沙尘气溶胶的一种重要组分,CaCO3与NO2的非均相反应可能是大气中HONO的重要来源之一,影响氮氧化物的转化和去除以及臭氧的形成;同时,该反应也将生成硝酸盐,从而显著提高颗粒物的吸湿性。

图1. 不同RH和反应时长下NO2平均反应摄取系数

  中国科学院广州地球化学研究所、深地科学卓越创新中心2017级硕博连读生贾小红同学(导师:唐明金研究员)研究了NO2与CaCO3在不同RH(0-80%)和不同反应时长(3-24 h)条件下的非均相反应,使用了离子色谱仪和蒸汽吸附分析仪测定了反应前后CaCO3颗粒物化学成分和吸湿性的变化。该研究发现,NO2与CaCO3的非均相反应中生成的硝酸盐质量占比最高可达约6.5%,生成的硝酸盐通过摄取水分使颗粒物表面形成液膜进而促进反应持续发生,NO2的平均摄取系数约为(1.21±0.45)×10-7(图1)。此外,当非均相反应RH为20%-80%时,反应后的CaCO3在90% RH下吸附水与干燥状态下未反应初始CaCO3的质量比(mw(90%)/m0)可达45%,这表明20%-80% RH下NO2与CaCO3非均相反应能够显著提高CaCO3的吸湿性(图2)。

  上述研究结果表明NO2的非均相反应能够显著改变CaCO3颗粒物的化学组分及吸湿特性,该结果将有助于我们认识非均相反应对矿质气溶胶成分和物化性质的影响,进而更好地了解矿质气溶胶在大气传输过程中的演变过程及环境效应。

图2. 与NO2非均相反应后CaCO3在90% RH下吸附水与干燥状态下未反应初始CaCO3质量比(mw(90%)/m0)随反应时间变化

  该项研究得到国家自然科学基金和国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室开放基金等项目的资助。相关研究成果近期在Journal of Geophysical Research: Atmosphere期刊上在线发表。该成果的主要合作者包括上海市环境科学研究院王红丽高级工程师、中山大学王海潮副教授和中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员等人。

  文章信息:Jia, X.H., Gu, W. J., Peng, C., Li, R., Chen, L. X. D., Wang, H. L., Wang, H. C., Wang, X. M., and Tang, M. J.: Heterogeneous reaction of CaCO3 with NO2 at different relative humidities: kinetics, mechanisms, and impacts on aerosol hygroscopicity, J. Geophys. Res.-Atmos, 2021, https://doi.org/10.1029/2021JD034826

  论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JD034826