大气PM2.5中铵盐形成机制与降雨清除效率

摘要

NH3为大气中重要的碱性气体，它中和大气中的酸性物质生成铵盐，铵盐能够降低大气能见度，影响区域生态系统平衡，本研究对南昌市混合区、道路区以及昌北郊区采样点作为监测区域，采用纳氏试剂分光光度法测定大气中的NH3、颗粒物和雨水中的NH4+浓度，探讨铵盐形成机制与降雨清除效率，主要结论如下：
　　（1）南昌市新城区NH3浓度均值为49.17μg/m3、PM2.5中NH4+浓度均值为17.98μg/m3，相比较其他地区浓度较高，说明南昌市NH3和PM2.5中NH4+污染形势严峻。
　　（2）春季，NH3表现出郊区＞混合区＞道路区，NH4+为道路区＞郊区＞混合区，夏季，NH3为郊区＞道路区＞混合区，NH4+为郊区＞道路区＞混合区。反映了NH3浓度分布与排放源有关，NH4+浓度分布与形成机制有关。
　　（3）前湖片区 NH3浓度呈现季节分布差异：春＞秋＞冬＞夏，PM2.5中的NH4+浓度呈现为秋＞冬＞春＞夏，夏季两者浓度最低，说明夏季NH3和NH4+通过干湿沉降从大气中去除率高。NH3浓度在春夏秋采样日表现出白天低于夜间，冬季采样日则表现出白天高于夜间，说明NH3浓度在春夏秋采样日受夜间逆温影响大，在冬季采样日主要受温度的影响。PM2.5中的NH4+浓度在各季度采样日分布特征有所不同，春季在7-9点浓度较低，其他时间保持相对稳定；夏季为白天高于夜间；秋冬两季为白天低于夜间，说明春季夜间累积与白天生成保持平衡，夏季为产生量高于累积量，秋冬季则相反。
　　（4）利用后向轨迹分析表明，南昌市PM2.5中的铵盐，在2014年春夏两季主要是本地源，受外地源影响较小，秋季南昌市铵盐受外地源影响较大，2015年冬季PM2.5中的NH4+主要来自本地源的不断累积。
　　（5）南昌市NH3/NH4+比值（均值为5.47）较大，说明NH3向NH4+转化过程较慢，转化量相对NH3量较少；NH3/NH4+比值的季节分布为春＞夏＞秋＞冬，受NH3和NH4+浓度分布的共同影响；NH3/NH4+比值的昼夜分布特征为在春夏秋三季表现出白天低于夜间，冬季则为白天高于夜间，与NH3的日分布相同；NH3/NH4+比值的空间分布特征：郊区＜道路区＜混合区，说明NH3向NH4+的转化受前体物SO2和NOx浓度的影响很大；
　　（6）通过各因子之间的相关性分析表明，PM2.5中铵盐浓度的变化受前体物NH3、SO2、NO2浓度的影响较大，形成过程与温湿度有关；南昌市铵盐主要为硫酸铵，硫酸氢铵较少，在一些颗粒物中，有较多的硝酸铵存在，除此之外还有其他形式存在，比如氯化铵、有机胺等。
　　（7）2016年前湖区域降雨pH平均值为5.41，总体上为酸性；在分段降雨过程中，pH在4-6月表现出增加趋势，说明南昌4-6月雨水中的H+主要来自云下冲刷，云内清除贡献较小，11月正好相反；分段降雨的电导率和NH4+浓度的变化趋势大体一致，都表现为降雨初期其值都比较大，随后快速降低，然后保持相对稳定，到降雨后期，略有回升，说明降雨初期雨水对可溶性离子和NH4+清除效果明显，雨水中大多数离子来自云下冲刷。
　　（8）降雨对NH3的清除效率为3.44％～72.06%，平均值为42.44%，对PM2.5中NH4+的清除效率为22.22%～77.91%，平均值为52.58%，对TSP中NH4+的清除效率为27.23%～76.22%，平均值为53.83%，说明降雨对NH4+的清除效率高于对NH3的清除效率；在连续降雨日，当降雨量较大时，NH3浓度降低较快，当没有降雨或降雨量很小时，NH3浓度回升也较快，NH4+浓度则表现出最初降雨前浓度很高，然后经过雨水冲刷，迅速降低，然后保持较低浓度水平，在没有降雨时，浓度略有升高，说明连续降雨对空气中NH4+浓度抑制作用强，对NH3抑制作用弱。

目录

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 氨气的研究综述

1.3 PM2.5的研究综述

1.4 PM2.5中铵盐的研究综述

1.5 降雨清除效率研究综述

1.6 本文研究内容及意义

第2章 实验内容与方法

2.1 样品采集

2.2 样品处理与分析测定

2.3 质量保证

第3章 氨气和PM2.5中NH4+的时空分布特征

3.1 NH3和PM2.5中NH4+的浓度水平特征

3.2 NH3与PM2.5中NH4+浓度时空分布特征

3.3 小结

第4章 PM2.5中NH4+来源分析及形成机制的探讨

4.1 南昌市PM2.5后向轨迹来源解析

4.2 NH3/NH4+比值分析与指示

4.3 铵盐形成机制探讨

4.4 小结

第5章 降雨对NH4+和NH3的清除效率研究

5.1 采样期间雨水pH值、电导率和NH4+分布特征

5.2 雨水中NH4+浓度变化与降雨量的关系探讨

5.3 降雨对NH3的清除效率

5.4 降雨对颗粒物中NH4+的清除效率

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果