胡敏、郭松课题组在PNAS上发文揭示机动车尾气的光化学氧化促进大气新粒子生成
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  • 时间:2020-02-26
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北京大学环境科学与工程学院胡敏教授、郭松研究员课题组与美国德州A&M大学张人一教授和彭剑飞博士开展合作研究,揭示机动车尾气的光化学氧化促进大气新粒子生成,进而导致我国城市地区霾的形成。研究显示,我国大气复合污染条件下,大气具有很强的超细颗粒物生成潜势,而机动车尾气排放的大量挥发性有机物是造成大量超细颗粒物生成和增长的元凶。研究还进一步指出,单方面控制一次颗粒物的排放反而会促进超细颗粒物的生成,造成严重的颗粒物污染,甚至可能对人体健康危害更大。

该成果由北京大学环境模拟与污染控制国家重点实验室大气化学研究团队的胡敏教授、郭松研究员、吴志军研究员、曾立民教授和美国Texas A&M University张人一教授团队、清华大学汽车与安全国家重点实验室帅石金教授研究团队等通力合作完成,得到国家自然科学基金和科技部国家重点研发计划资助。成果于北京时间2月4日发表在美国著名科学期刊《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America,缩写PNAS)上。

大气中粒径小于100nm的颗粒物被称为超细颗粒物,这些超细颗粒物主要来自大气中气态污染物经过光化学反应生成,这一过程被称为“新粒子生成”。该团队前期的研究表明,城市地区新粒子生成过程产生了大量的纳米级粒子,数量可以达到每立方厘米100万个,这些纳米级颗粒物进一步增长是我国霾形成的重要原因。新粒子生成机制极其复杂,因时因地存在差别。由于新生成的粒子是纳米量级的,其气态前体物有机物的测定难度大,如何在真实环境大气中追踪新粒子生产过程,并给出直接的证据,是当今国际大气环境化学领域具有挑战性的前沿科学问题。

该成果是研究团队2014年PNAS上发表的新粒子生成和持续增长是我国霾形成机制基础上的深化研究,以新的视角探究城市地区普遍存在机动车排放与新粒子生成的关联。研究团队开发了一套“准实际”大气烟雾箱模拟系统,在线追踪真实大气条件下新粒子生成的化学转化过程。通过同步测量实际大气和“准实际”大气烟雾箱中气态污染物和超细颗粒物的理化特征,揭示新粒子生成和增长的参数特征、化学机制和限制因素,发现机动车排放挥发性有机物是新粒子生成重要前体物。进一步利用清华大学汽车与安全国家重点实验室的机动车排放模拟平台结合烟雾箱模拟,验证机动车排放对新粒子生成的作用。研究结果表明,我国城市地区大气复合污染条件下,环境大气具有极强的新粒子生成潜势,这主要是由于机动车排放的高浓度的挥发性有机物造成的;该研究从机理上揭示了大气中已存在颗粒物、光化学反应和多种污染物协同光化学过程对新粒子生成的作用,提出了多种协同效应下城市污染地区新粒子生成与增长的机制,该研究成果对城市地区新粒子生成及其健康效应具有普适性。

该研究成果表明大气中已存在颗粒物可以限制新粒子过程的发生,相反地,如果仅控制污染源排放的一次颗粒物,而不限制排放的气态污染物,尤其是挥发性有机物,将会促进新粒子过程的发生,随后新粒子的进一步增长将会加重我国城市地区霾的形成;另外,新粒子生成时产生大量更有穿透力的超细颗粒物,对人体健康存在更大的风险。为此,建议协同控制机动车一次排放的颗粒物和气态污染物,进而达到改善空气质量和保护人体健康的双赢效果。

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机动车尾气导致城市大气中显著的新粒子生成和增长

原文网址:https://www.pnas.org/content/early/2020/01/28/1916366117