大氣顆粒物對人體健康、空氣質量和全球氣候有著顯著影響。煤燃燒是我國大氣顆粒物的主要來源之一,而有機物是顆粒物的主要成分。研究煤燃燒有機顆粒物有助于解析大氣顆粒物的來源和控制煤燃燒顆粒物的排放。由于測量儀器的限制,目前對煤燃燒有機顆粒物源譜特征的認識仍存在不足。論文研發(fā)了一種顆粒物有機化學組分在線測量儀器,利用在線熱脫附、氣相色譜-質譜聯(lián)用分析方法對顆粒物中的有機組分進行分子水平的連續(xù)測量。利用30種有機物質混合標樣對其進行標定,主要組分標定曲線線性良好(相關系數(shù)r0.9),測量結果重復性良好(相對標準偏差50%)。結合其他顆粒物理化特征測量儀器,構建了一套適用于煤燃燒研究的顆粒物在線測量系統(tǒng),用于分析有機顆粒物的高時間分辨率、高化學分辨率變化特征。利用該系統(tǒng),研究了民用煤燃燒和煤粉爐燃燒過程有機顆粒物排放特征。論文發(fā)現(xiàn)民用煤燃燒全過程排放的有機顆粒物呈現(xiàn)很強的階段性特征。根據(jù)燃燒溫度、顆粒物濃度、粒徑分布、有機物氧化特征等特點,民用煤燃燒全過程可分為點火、劇烈燃燒、穩(wěn)定燃燒和燃盡四個階段。點火階段排放的有機顆粒物以氧化程度低的碳氫類有機物為主,是民用煤有機顆粒物排放的主要階段,占有機顆粒物總排放量的58~85%。劇烈燃燒和穩(wěn)定燃燒這兩個相對燃燒充分的階段排放的有機顆粒物呈現(xiàn)出較高的氧化性,以質荷比(m/z)為44和73的離子碎片為主,不同于傳統(tǒng)的一次有機顆粒物以氧化程度低的碳氫碎片為主的認識。民用煤燃燒及煤粉爐燃燒結果均表明,不完全燃燒條件下有機顆粒物中含有大量多環(huán)芳烴類物質,而高溫完全燃燒條件下有機顆粒物中含有一定量的硅氧烷類物質。論文提出了煤燃燒中硅氧烷可能的形成機制:無機硅類組分在高溫條件下通過一系列反應過程形成氯硅烷,氯硅烷再通過水解、縮合反應等過程最終形成鏈狀或環(huán)狀硅氧烷類物質。這些硅氧烷類物質是有機顆粒物質譜圖中m/z 73離子碎片的主要來源。傳統(tǒng)的基于質譜分析數(shù)據(jù)和正定矩陣因子分解的顆粒物源解析方法中,將m/z 73離子碎片峰歸為生物質燃燒特征峰,這很可能會引起源解析結果的偏差。為解決這一問題,可利用m/z 60和73兩種離子碎片的相對比例來對生物質燃燒和煤燃燒排放的有機顆粒物進行區(qū)分。
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：X513
【部分圖文】：

第 1 章 緒論（SecondaryOrganicAerosol，SOA），POA 指各類源直接排放的有機顆粒物，例如燃燒活動、生物活動、森林火災等；SOA 是由 POA 或揮發(fā)性有機物（VolatileOrganic Compound，VOC）在大氣中通過多反應途徑形成的有機顆粒物[11]。大氣復雜的化學反應過程會進一步增加 SOA 的復雜性：SOA、POA 來源復雜，在大氣物理化學過程中，這些不同來源的顆粒物無時無刻不在發(fā)生著復雜多樣且相互影響的變化過程，例如氧化、均相、非均相反應、化學鍵的斷裂、重組、氣-粒分配、云物理變化等，因而 SOA、POA 的組成和性質會在整個氣溶膠生命周期內動態(tài)變化[18-21]。

圖 1-2 中國主要城市 PM2.5來源解析結果[7]表 1-1 有機顆粒物來源類別 排放總量 Tg/yr一次有機顆粒物[4]生物質燃燒 44.6化石燃料燃燒 28.5自然源 7.8總量 81二次有機顆粒物前體物[23]α-蒎烯 50β-蒎烯 33檜烯和萜酮 20△3-蒈烯 6檸檬烯 33α-萜品烯和γ-萜品烯 1.4萜品油烯 2.9

7圖 1-3 我國（a）及北京市（b）煤炭消費總量及民用煤消費量變化[46,48]因此，在燃燒條件和除塵設施的共同影響下，民用煤燃燒污染物的排放因于工業(yè)煤燃燒。Bond 等人[49]總結了不同燃燒源排放有機碳顆粒物排放因煤燃燒相關的結果如表 1-2 所示，可見民用煤燃燒有機顆粒物排放因子工業(yè)燃燒排放。以表中排放因子的平均值為參考，民用煤燃燒有機碳排放應工業(yè)煤燃燒排放因子的 10~20 倍以上。Zhang 等人[15]實測了國內典型燒和工業(yè)煤燃燒過程顆粒物的排放因子，如表 1-3 所示。其中，民用煤結煤燃燒有機碳排放因子最低（0.470g/kg），工業(yè)煤結果中褐煤燃燒有機碳最高（0.0171 g/kg），即使以這兩項數(shù)據(jù)計算，民用煤燃燒有機碳排放因業(yè)煤燃燒排放因子的 20 倍以上。假設：1，民用煤燃燒一次有機碳排放因子是工業(yè)煤燃燒一次有機碳排放0 倍；2，我國煤炭消費中除民用煤外均按工業(yè)煤消費計算。結合我國 20
【參考文獻】

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本文編號：2836666