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题名: 大气中典型挥发性有机物的污染水平、特征、来源及其降解机制
作者: 张玉洁
学位类别: 博士
答辩日期: 2012
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 牟玉静
关键词: 醛酮化合物与BTEX ; Carbonyls and BTEX ; ; sources ; 健康风险评估 ; exposure and risk assessment ; 酯类 ; esters ; 氧化机制 ; OH oxidation mechanism
其他题名: The observation and mechanism study of several volatiles organic compounds
中文摘要:
      醛酮化合物、BTEX(苯、甲苯、乙苯、间对二甲苯、邻二甲苯)和酯类化合物是大气中重要的挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs)。它们不仅是光化学氧化剂以及二次气溶胶的前驱体,还严重影响着人类的健康,如,苯、甲醛和乙醛还具有致癌致畸性。为此,本文对北京市大气中醛酮类化合物和BTEX的时空变化进行了连续两年的同步观测,研究三种典型酯类化合物与OH自由基的反应机理,并获得了以下主要研究成果下: 1、建立了大气中醛酮类化合物和BETX可靠采样和分析方法:采用2,4-二硝基苯肼(DNPH)涂敷的硅胶柱吸附采样,利用HPLC对样品中醛酮化合物进行定性和定量分析, 15种醛酮化合物的检测限在100-300 ng m-3范围(S/N=3);采用Tenax-TA吸附/二次热解析/毛细管气相色谱法(GC-PID4400)对BTEX进行分析,苯、甲苯、乙苯、间/对二甲苯和邻二甲苯的检测限(S/N=2:1)分别为0.01、0.02、0.06、0.07 和0.07 μg m-3,。所建方法的采样效率和回收率都在80%以上,相对标准偏差小于5%,可满足实际大气中醛酮类化合物和BETX的检测。 2.获得了北京市2008年7月-2010年8月底大气中醛酮类化合物和BTEX的污染水平和变化特征,分析了其来源。大气中主要醛酮类化合物(甲醛、乙醛和丙酮)的污染水平和变化特征:1)、2008年9月-2009年8月到2009年9月-2010年10月的年增长率为24%,2008年、2009年和2010年夏季的平均浓度分别为33.4±12.9 mg m-3 (N=126)、36.7±14.1 mg m-3 (N=109)以及48.6±15.2 mg m-3 (N=88),其中甲醛和乙醛的年增长率在10%左右,与汽车保有量年增长率吻合,推测汽车尾气排放对北京市大气中醛酮类化合物的污染水平具有重要影响;而05年以来,丙酮不规则的年际变化表明其可能受当地不规律排放源的影响2)、显著日变化和季节变化特征,夏季(54.3 mg m-3)>春季(39.7 mg m-3)>秋季(37.7 mg m-3)>冬季(31.3 mg m-3),除冬季以外,浓度日变化最大值出现在14:00左右,表明光化学二次形成是大气醛酮类化合物的一种重要来源。利用特征比值法估算了夏季光化学二次形成对大气中甲醛和乙醛的最大贡献率为47.6-60.3%。大气中BTEX的污染水平和变化特征:1)、浓度年增长率为15%,但与醛酮化合物不同的是,BTEX采样的第二年春夏季节浓度反而略低于第一年,2008年、2009年和2010年夏季的平均浓度分别为16.0±9.3 mg m-3 (N=252)、21.5±13.7 mg m-3 (N=218)以及15.4±9.3 mg m-3 (N=176);2)、显著日变化和季节变化特征,冬季(31.9 mg m-3)>秋季(27.2 mg m-3)>春季(23.2 mg m-3)>夏季(19.1 mg m-3),浓度日变化呈现早晚峰值,中午低谷值。采用苯与甲苯特征比值分析表明,北京市冬季民用煤炉取暖以及夏季溶剂剂和涂料的挥发对大气中BTEX具有重要贡献。 3. 基于观测结果,评估了北京市大气中醛酮类化合物和BTEX对光化学氧化剂形成的贡献以及健康风险。夏季(2009年和2010年)大气中醛酮化合物、BTEX以及CO的臭氧形成潜势分别为166.1 μg m-3, 65.4 μg m-3 和100.8 μg m-3。;根据两年测得的平均浓度得出甲醛的非致癌风险危害商值大于1,表明长期暴露在此浓度下会对北京市居民健康构成危害;并且苯、甲醛和乙醛的致癌风险值均超过了1E-06,表明对北京市民健康存在较大致癌风险。 4.利用烟雾箱模拟技术、气相色谱质谱连用技术(GC-MS)和光离气相色谱(GC-PID)获得了甲酸异丙酯、甲酸异丁酯和2-甲基丙酸丙酯与OH自由基的主要反应产物:甲酸、丙酮、丙醛和若干酸酐,其中,甲酸异丁酯反应产物丙酮的产率为0.44;2-甲基丙酸丙酯反应产物丙酮和丙醛的产率分别为0.21和0.11
英文摘要:       carbonyls, BTEX (benzene, toluene, etbenzene, m,p-xylene and o-xylene) and esters are three important groups of Volatile organic compounds (VOCs).They are among the key problems for human living quality not only for their significant contribution in the formation of oxidants like ozone and PAN in the troposphere, but also for their adverse effects on human health. Formaldehyde, acetaldehyde and benzene are even suspected to be carcinogenic. In this study, the atmospheric carbonyls and BTEX were sampled simultaneously to thoroughly investigate variation and the reaction mechanisms of esters were studied. 1. Reliable sampling and analysis methods were selected and optimized to meet the requirements of atmospheric carbonyls and BTEX measurement. For carbonyl, ambient air was drawn through a 2, 4-dinitrophenylhydrazine (DNPH)-coated silica gel cartridge and the corresponding DNPH hydrazones of carbonyls were separated by HPLC. The detected limit (S/N=3) by this method was in the range of 100-300 ng m-3 for various carbonyls of 96 L sampling volume. As for BTEX, they were sampled by drawing air through an absorption tube (15 cm long, 4 mm ID) filled with Tenax-TA (80-100 mesh, 100 mg) and then analyzed by a gas chromatography equipped with a Photo Ionization Detector (GC-PID, GC4400, East & West analytical instruments, INC.)
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/35100
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张玉洁. 大气中典型挥发性有机物的污染水平、特征、来源及其降解机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.
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