新闻速递 | 王格慧课题组关于我国灰霾研究获得新进展——高氨条件下HONO的大量形成可明显提升我国大气氧化能力并促进雾霾污染发生

近日华东师范大学地理科学学院王格慧教授团队联合浙江大学和复旦大学，针对我国灰霾天高浓度氨气与大气氧化性开展相关研究，并取得了重要进展。该团队利用烟雾箱系统验证了高浓度氨气的存在可以通过促进NO₂与还原性气体SO₂发生氧化还原反应促进强氧化性物质亚硝酸气（HONO）的生成与累积，首次提出环境中还原性气体氨气的大量存在会较大程度提升我国大气环境的氧化能力，从而进一步促进雾霾污染的发生。相关研究成果以“Abundant NH₃ in China Enhances Atmospheric HONO Production by Promoting the Heterogeneous Reaction of SO₂ with NO₂”为题发表在大气科学与环境科学类期刊Environmental Science & Technology上（Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 14339?14347）。博士后葛双双为作者，王格慧教授为通讯作者。

图1中国两大城市北京和西安冬季大气环境中NH₃和HONO夜间相关性分析 ((a) 北京观测时间为2017年12月15号到2018年2月25号(b) 西安观测时间为2012年11月17日到12月2号)。

HONO是大气氧化剂OH自由基的重要来源，通过HONO光解产生的OH自由基对冬季大气环境中OH自由基的贡献可以达到60%。大气环境中高浓度氧化剂的存在会进一步促进我国雾霾污染的发生。王格慧教授团队通过多站点长期观测发现，在我国不同城市地区，即使在重霾天气条件下仍然可以监测到较高浓度的HONO，且HONO浓度与NH₃浓度呈现非常好的正相关性（图1）。通过烟雾箱模拟结果发现：在烟雾箱系统中，HONO的生成量与NH₃呈现非常好的正相关性，与外场观测结果一致（图2）。证明高浓度氨气的存在会显著促进大气中HONO的累积。

图2 NO₂/SO₂/NH₃/NaCl 烟雾箱反应体系中总HONO生成量随NH₃浓度变化趋势（HONO_T代表反应体系中生成的总的HONO浓度；RH=90%）。

图3 在90%湿度且无人为引入种子条件下HONO浓度随时间的变化情况（烟雾箱内NO₂, SO₂ 以及 NH₃的初始浓度分别为0.6 ppm, 0.6 ppm和1.0 ppm）

王格慧教授团队指出NO₂与SO₂发生氧化还原反应是大气环境中HONO的重要来源之一，而氨气通过促进NO₂二聚体(N₂O₄)发生分解反应对大气中HONO浓度的影响作用基本可以忽略(图3)。在平面水膜上高浓度氨气对HONO生成的作用呈现趋于饱和状态，但是气溶胶相上HONO的生成量随着氨气浓度的增加呈现指数增长变化(R²=0.91) (图4)。NO₂在NaCl气溶胶液滴上的摄取系数可以达到2.0×10^-5 -1.7×10^-4，比在纯水中的吸收系数高3-4个数量级。因此，高浓度氨气在我国重霾污染天气条件下会进一步促进HONO的生成与累积。

图4 烟雾箱系统内HONO浓度随NH₃浓度变化趋势分析((a)烟雾箱壁表面上生成HONO(HONOc); (b)气溶胶颗粒物相生成HONO(HONO_A); (c)氨气对颗粒物比表面积影响；(d)气溶胶相中HONO生成量随颗粒物比表面积变化趋势）。 

作者通过实验模拟结果推算得出，NO₂在气溶胶液滴上产生的HONO生成量占烟雾箱体系中总HONO生成量的4-33%，表明了气溶胶颗粒物对于HONO的生成存在重要贡献。由于NH₃、SO₂和NO₂在我国大气环境中大量共存，NH₃对HONO形成的正向促进效应可以提高我国雾霾天气状况下的大气氧化能力，进一步产生较高浓度的二次颗粒物，加重大气颗粒物污染（图5）。自2013年以来，由于国家加强SO₂排放的管控力度，我国许多城市的雾霾污染减轻明显。但是在我国，尤其是华北平原地区，颗粒物污染程度仍然要远远高于发达国家，同时也高于WHO的标准。王格慧教授团队的研究结果指出：进一步加强对NH₃排放的管控可能是下一步有效减轻我国雾霾污染的重要手段。

详见原文：Shuangshuang Ge, Gehui Wang*, Si Zhang, Dapeng Li, Yuning Xie,Can Wu, Qi Yuan, Jianmin Chen, Hongliang Zhang. Abundant NH₃ in China enhances atmospheric HONO production by promoting the heterogeneous reaction of SO₂ with NO₂. Environmental Science & Technology, 2019, 53, 14339?14347. DOI: 10.1021/acs.est.9b04196

LOPAP（HONO）亚硝酸分析仪链接：

http://www.wisdominc.com.cn/weiside666/products/16685407.html

氨气分析仪连接：

http://www.wisdominc.com.cn/weiside666/products/16685564.html