气环境化学
第二章3 气颗粒物表面性质
指饱蒸气
颗粒物表面形
成液滴现象
扩散
气中颗粒物反
应
雨水清
凝聚
气中水蒸汽
凝结
沉积作
粒子气中历程
成核作 黏合
指粒子彼
黏合固
体表面黏合
吸着
指气体蒸
气吸附颗
粒物表面气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物● 机颗粒物成分颗粒物形成程决定天然源机颗粒物扬尘成分
该区土壤粒子火山爆发喷出火山灰硅氧组成岩石粉末外
含锌锑锰铁等金属元素化合物海洋溅沫释放出颗粒物成
分氯化钠粒子硫酸盐粒子含镁化合物
● 源释放出机颗粒物动力发电厂燃煤石油排放出颗粒物
成分量烟尘外含铍镍钒等化合物市政焚烧炉会排放出砷铍镉铬
铜铁汞镁锰镍铅锑钛钒锌等化合物汽车尾气中含量铅
● 般讲粗粒子土壤污染源排放出尘粒次颗粒物种粗粒子
硅铁铝钠钙镁钛等30余种元素组成细粒子硫酸盐硝酸盐
铵盐痕量金属炭黑等
气颗粒物化学组成
1 机颗粒物硫酸硫酸盐颗粒物
硫酸污染源排放出SO2氧化溶水生成硫酸
气中NH3化合生成(NH4)2SO4颗粒物硫酸气中金属离子
化合生成种硫酸盐颗粒物
硫酸盐颗粒物光吸收散射力较强降低气见度
硫酸盐气溶胶研究越越受重视
正常气条件形成硫酸盐颗粒物属核模范围
核模粒子间迅速凝聚进入积聚模粒径范围积聚模十分稳定
沉降程中半寿期达数月硝酸硝酸盐颗粒物
HNO3H2SO4更容易挥发通常情况相湿度
太时 HNO3气态形式存气中硫酸盐颗粒物相类
似果HNO3 开始形成爱根核迅速长时硝酸
盐粒子存积聚模中
NH3 + HNO3 → NH4NO3(s)
H2SO4(l) + NH4NO3(s) → NH4HSO4(s) + HNO3(g)
HNO3NH3浓度低时者H2SO4浓度高时温
度较高时促第反应生成NH4NO3 (s)变稳定
时常表现出HNO3土壤粒子反应更重HNO3入粗粒
子模态中
海城市污染源排放NOx海洋中断逸出
NaCl相遇会建立起NaClNox水蒸气空气构成体
系气中硝酸盐颗粒物显较重
3NO2 + H2O + 2NaCl → 2NaNO3 + 2HCl(g) + NO● 机颗粒物指气中机物质凝聚形成颗粒物
机物质吸附颗粒物面形成颗粒物气颗粒污染
物毒害机颗粒物
● 机颗粒物种类繁结构极复杂已检测烷
烃烯烃芳烃环芳烃等种烃类外少量亚硝
胺含氮杂环化合物环酮酮类酚类机酸等机颗粒
物矿物燃料燃烧废弃物焚化等类高温燃烧程形成
类燃烧程中已鉴定出化合物300种类分环
芳香族化合物芳香族化合物含氮氧硫磷类化合物羟基化
合物脂肪族化合物羰基化合物卤化物等
2 机颗粒物城市颗粒物中已检出类机化合物(1)
化合物类型 例 城市气中质量浓度（ng· m3）
烷烃类(C18~C50) n－C22H46 1 000~4 000（1966—1967年美国217城市观察站）
烯烃类 n－C22H44 2 000（1966—1967年美国217城市观察站）
苯烷烃类 80~680（1973年美国加利福尼亚州Westconina）
萘类 40~500（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
环芳烃类
苯[a]芘
66（1958~1959年美国100城市观察站）
32（1966~1967年美国32城市观察站）
21（1970年美国32城市观察站）
芳香酸类 90~380（1970年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
环酮类 8（1965年前美国城市均值）
2~40（1968年7月美国城市）
醌类 004~012
（1972~1973年种异构体）
酚类 ~03
（1975年利时Antwerp）
酯类 29~132（1976年利时Antwerp）
2~11（1975年美国纽约）城市颗粒物中已检出类机化合物(2)
化合物类型 例 城市气中质量浓度（ng· m3）
醛类 CHO(CH2)nCHO 30~540（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
脂肪羧酸 C15H31COOH 220（1964年2月美国纽约）
脂肪二元羧酸类 HOOC(CH2)nCOOH 40~1350（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
氮杂环类
02（1963年美国100城市综合值）
001（1976年美国纽约）
~05（1976年利时Antwerp）
N－亚硝基胺类 (CH3)2’NNO <003~096（1975年美国马里兰州Baltimore）
166（1976年7月美国纽约）
硝基化合物
CHO(CH2)nCH2ONO2
40~1010（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
检出（Prague Czechoslovakia）
硫杂环类 0014~002（1976年美国纽约）检出（美国印第安纳州
IndianapolisGary）
SO2－加合物 2~18 nmol· m3（1976年美国纽约）
烷基卤化物类 C18H37Cl 20~320（1972年美国加利福尼亚州Pasadena）
芳基卤化物类 05~3（1972年美国加利福尼亚州Pasadena）
氯酚类 57~78（1976年利时Antwerp）气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物气颗粒物源识
气颗粒物源组成元素相
根颗粒物组成推断源样
助解决污染源控制问题1．富集子法
富集子法研究气颗粒物中元素富集程度判断评价颗粒物中
元素天然源源优点消采样程中种定素影响
双重化数处理结果首先选定种环境中存相稳定元素R作参
元素颗粒物中考查元素i参元素R相含量 (xixR)颗粒物壳中相
应元素iR相含量(xixR)壳式求富集子(EF)：
壳
颗粒物
Ri
Ri
EF xx
xx2．化学元素衡法
富集子法推测污染物某区富集程度污染源受天然
污染程度出种类型污染源相贡献定量结果
做出定性判断
化学元素衡法属受体模型种谓受体指某相排
放源研究局部气环境受体模型研究气颗粒物源数学模型
考虑颗粒物排放源受体传输程中化学变化化学反应
动力学程测定直接受体处采集样品化学组成推测出
源类型计算出源类型占例
法假定环境颗粒物中元素组成污染源排放颗粒物元素组成
总间存着线性组合关系根质量守恒原理表达
式： ρi——某采样点颗粒物中元素 i 质量浓度
ρj——污染源 j 产生颗粒物总质量浓度
wij——污染源 j 排出颗粒物中元素 i 质量分数
）（ ijji wρρ气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物五气颗粒物中PM25
城市化程开始气颗粒物成城市空气污染重原
直着重研究直接排放次颗粒物20世纪50年代逐渐研究
总悬浮颗粒物(TSP)转吸入颗粒物(PM10Dp ≤ 10 μm)20世纪90年代
期开始重视二次颗粒物问题目前气颗粒物研究更侧重 PM25
(Dp ≤ 25μm)甚超细颗粒(纳米)研究总体颗粒研究渡单颗粒
研究1 气中PM25源
类排放源细粒子(TSPPM2~10 PM2)贡献例
● 土壤扬尘海洋气溶胶机
动车尾气重机动车
排气排放细
颗粒物PM25
● 美国资料表明PM25
排放源划分路车辆占
总排放量10％非路活
动排放源占18％固定源占
72％出机动车辆
城市PM25污染重
源
排放源 TSP PM2~10 PM2
土壤扬尘 63±2 21±2 14±3
生物质燃烧 6±1 8±2
海洋气溶胶 18±2
矿山飞灰 13±2
二次颗粒物 25±1
公路灰尘 13±2 12±1 13±2
车辆尾气 6±1 17±2 17±2
燃煤 11±2 10±3 10±2
工业 4±1 2±2 13±2
水泥 1±1
注：表中±标准偏差2002年海市PM25监测点源解析结果认：
① 电厂锅炉燃煤中锅炉等海市城区气PM25中富
集元素源
②长江口者海边带海盐PM25含量成分
影响十分明显
③ 市中心交通繁忙带机动车尾气排放成相重
污染源
④ 海市滨海城市属季风性气候固定污染源
排出气污染物监测点影响时呈现出较
明显季节差异3 PM25危害
研究表明：PM25类活动释放污染物载体携带量
重金属机污染物
● 空气污染健康影响焦点吸入颗粒物PM25呼吸程中
深入细胞长期存留体中吸入约5％PM25吸附
肺壁渗透肺部组织深处引起气炎肺炎哮喘
肺气肿肺癌导致心肺功减退甚衰竭PM25类健康
着重影响时颗粒物气态污染物联合作会
空气污染危害进步加剧呼吸道疾病患者增心肺病
死亡数日增
● 细粒子污染体健康造成严重影响时PM25气见
度起着作细粒子增加会造成气见度幅度降
低
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第二章3 气颗粒物表面性质
指饱蒸气
颗粒物表面形
成液滴现象
扩散
气中颗粒物反
应
雨水清
凝聚
气中水蒸汽
凝结
沉积作
粒子气中历程
成核作 黏合
指粒子彼
黏合固
体表面黏合
吸着
指气体蒸
气吸附颗
粒物表面气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物● 机颗粒物成分颗粒物形成程决定天然源机颗粒物扬尘成分
该区土壤粒子火山爆发喷出火山灰硅氧组成岩石粉末外
含锌锑锰铁等金属元素化合物海洋溅沫释放出颗粒物成
分氯化钠粒子硫酸盐粒子含镁化合物
● 源释放出机颗粒物动力发电厂燃煤石油排放出颗粒物
成分量烟尘外含铍镍钒等化合物市政焚烧炉会排放出砷铍镉铬
铜铁汞镁锰镍铅锑钛钒锌等化合物汽车尾气中含量铅
● 般讲粗粒子土壤污染源排放出尘粒次颗粒物种粗粒子
硅铁铝钠钙镁钛等30余种元素组成细粒子硫酸盐硝酸盐
铵盐痕量金属炭黑等
气颗粒物化学组成
1 机颗粒物硫酸硫酸盐颗粒物
硫酸污染源排放出SO2氧化溶水生成硫酸
气中NH3化合生成(NH4)2SO4颗粒物硫酸气中金属离子
化合生成种硫酸盐颗粒物
硫酸盐颗粒物光吸收散射力较强降低气见度
硫酸盐气溶胶研究越越受重视
正常气条件形成硫酸盐颗粒物属核模范围
核模粒子间迅速凝聚进入积聚模粒径范围积聚模十分稳定
沉降程中半寿期达数月硝酸硝酸盐颗粒物
HNO3H2SO4更容易挥发通常情况相湿度
太时 HNO3气态形式存气中硫酸盐颗粒物相类
似果HNO3 开始形成爱根核迅速长时硝酸
盐粒子存积聚模中
NH3 + HNO3 → NH4NO3(s)
H2SO4(l) + NH4NO3(s) → NH4HSO4(s) + HNO3(g)
HNO3NH3浓度低时者H2SO4浓度高时温
度较高时促第反应生成NH4NO3 (s)变稳定
时常表现出HNO3土壤粒子反应更重HNO3入粗粒
子模态中
海城市污染源排放NOx海洋中断逸出
NaCl相遇会建立起NaClNox水蒸气空气构成体
系气中硝酸盐颗粒物显较重
3NO2 + H2O + 2NaCl → 2NaNO3 + 2HCl(g) + NO● 机颗粒物指气中机物质凝聚形成颗粒物
机物质吸附颗粒物面形成颗粒物气颗粒污染
物毒害机颗粒物
● 机颗粒物种类繁结构极复杂已检测烷
烃烯烃芳烃环芳烃等种烃类外少量亚硝
胺含氮杂环化合物环酮酮类酚类机酸等机颗粒
物矿物燃料燃烧废弃物焚化等类高温燃烧程形成
类燃烧程中已鉴定出化合物300种类分环
芳香族化合物芳香族化合物含氮氧硫磷类化合物羟基化
合物脂肪族化合物羰基化合物卤化物等
2 机颗粒物城市颗粒物中已检出类机化合物(1)
化合物类型 例 城市气中质量浓度（ng· m3）
烷烃类(C18~C50) n－C22H46 1 000~4 000（1966—1967年美国217城市观察站）
烯烃类 n－C22H44 2 000（1966—1967年美国217城市观察站）
苯烷烃类 80~680（1973年美国加利福尼亚州Westconina）
萘类 40~500（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
环芳烃类
苯[a]芘
66（1958~1959年美国100城市观察站）
32（1966~1967年美国32城市观察站）
21（1970年美国32城市观察站）
芳香酸类 90~380（1970年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
环酮类 8（1965年前美国城市均值）
2~40（1968年7月美国城市）
醌类 004~012
（1972~1973年种异构体）
酚类 ~03
（1975年利时Antwerp）
酯类 29~132（1976年利时Antwerp）
2~11（1975年美国纽约）城市颗粒物中已检出类机化合物(2)
化合物类型 例 城市气中质量浓度（ng· m3）
醛类 CHO(CH2)nCHO 30~540（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
脂肪羧酸 C15H31COOH 220（1964年2月美国纽约）
脂肪二元羧酸类 HOOC(CH2)nCOOH 40~1350（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
氮杂环类
02（1963年美国100城市综合值）
001（1976年美国纽约）
~05（1976年利时Antwerp）
N－亚硝基胺类 (CH3)2’NNO <003~096（1975年美国马里兰州Baltimore）
166（1976年7月美国纽约）
硝基化合物
CHO(CH2)nCH2ONO2
40~1010（1972年9月美国加利福尼亚州Pasadena）
检出（Prague Czechoslovakia）
硫杂环类 0014~002（1976年美国纽约）检出（美国印第安纳州
IndianapolisGary）
SO2－加合物 2~18 nmol· m3（1976年美国纽约）
烷基卤化物类 C18H37Cl 20~320（1972年美国加利福尼亚州Pasadena）
芳基卤化物类 05~3（1972年美国加利福尼亚州Pasadena）
氯酚类 57~78（1976年利时Antwerp）气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物气颗粒物源识
气颗粒物源组成元素相
根颗粒物组成推断源样
助解决污染源控制问题1．富集子法
富集子法研究气颗粒物中元素富集程度判断评价颗粒物中
元素天然源源优点消采样程中种定素影响
双重化数处理结果首先选定种环境中存相稳定元素R作参
元素颗粒物中考查元素i参元素R相含量 (xixR)颗粒物壳中相
应元素iR相含量(xixR)壳式求富集子(EF)：
壳
颗粒物
Ri
Ri
EF xx
xx2．化学元素衡法
富集子法推测污染物某区富集程度污染源受天然
污染程度出种类型污染源相贡献定量结果
做出定性判断
化学元素衡法属受体模型种谓受体指某相排
放源研究局部气环境受体模型研究气颗粒物源数学模型
考虑颗粒物排放源受体传输程中化学变化化学反应
动力学程测定直接受体处采集样品化学组成推测出
源类型计算出源类型占例
法假定环境颗粒物中元素组成污染源排放颗粒物元素组成
总间存着线性组合关系根质量守恒原理表达
式： ρi——某采样点颗粒物中元素 i 质量浓度
ρj——污染源 j 产生颗粒物总质量浓度
wij——污染源 j 排出颗粒物中元素 i 质量分数
）（ ijji wρρ气颗粒物源消
二气颗粒物粒径分布
三气颗粒物化学组成
四气颗粒物源识
五气颗粒物中PM25
气颗粒物五气颗粒物中PM25
城市化程开始气颗粒物成城市空气污染重原
直着重研究直接排放次颗粒物20世纪50年代逐渐研究
总悬浮颗粒物(TSP)转吸入颗粒物(PM10Dp ≤ 10 μm)20世纪90年代
期开始重视二次颗粒物问题目前气颗粒物研究更侧重 PM25
(Dp ≤ 25μm)甚超细颗粒(纳米)研究总体颗粒研究渡单颗粒
研究1 气中PM25源
类排放源细粒子(TSPPM2~10 PM2)贡献例
● 土壤扬尘海洋气溶胶机
动车尾气重机动车
排气排放细
颗粒物PM25
● 美国资料表明PM25
排放源划分路车辆占
总排放量10％非路活
动排放源占18％固定源占
72％出机动车辆
城市PM25污染重
源
排放源 TSP PM2~10 PM2
土壤扬尘 63±2 21±2 14±3
生物质燃烧 6±1 8±2
海洋气溶胶 18±2
矿山飞灰 13±2
二次颗粒物 25±1
公路灰尘 13±2 12±1 13±2
车辆尾气 6±1 17±2 17±2
燃煤 11±2 10±3 10±2
工业 4±1 2±2 13±2
水泥 1±1
注：表中±标准偏差2002年海市PM25监测点源解析结果认：
① 电厂锅炉燃煤中锅炉等海市城区气PM25中富
集元素源
②长江口者海边带海盐PM25含量成分
影响十分明显
③ 市中心交通繁忙带机动车尾气排放成相重
污染源
④ 海市滨海城市属季风性气候固定污染源
排出气污染物监测点影响时呈现出较
明显季节差异3 PM25危害
研究表明：PM25类活动释放污染物载体携带量
重金属机污染物
● 空气污染健康影响焦点吸入颗粒物PM25呼吸程中
深入细胞长期存留体中吸入约5％PM25吸附
肺壁渗透肺部组织深处引起气炎肺炎哮喘
肺气肿肺癌导致心肺功减退甚衰竭PM25类健康
着重影响时颗粒物气态污染物联合作会
空气污染危害进步加剧呼吸道疾病患者增心肺病
死亡数日增
● 细粒子污染体健康造成严重影响时PM25气见
度起着作细粒子增加会造成气见度幅度降
低
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