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研究人员发现影响大气中潜在有害颗粒生长的关键反应

空气质量警报通常包括颗粒物的水平,低层大气中的小分子团块,其大小范围从微观到可见。这些颗粒可能会导致雾霾,云雾和雾气,还可能构成健康风险,尤其是光谱范围较小的那些。可以吸入称为PM10和PM2.5的颗粒,它们指的是2.5至10微米的团块,有可能伤害心脏和肺部。

本周,由宾夕法尼亚大学科学家领导的一个小组与一个国际团队合作,报告了一个影响大气中颗粒形成的新因素。他们的分析发表在《美国国家科学院院刊》上,发现诸如甲醇之类的醇可通过消耗过程中的关键成分之一三氧化硫(SO 3)来减少颗粒的形成。

“目前,我们都担心PM2.5和PM10,因为它们会对空气质量和健康产生一些实际影响,”该论文的通讯作者,宾夕法尼亚大学艺术学院的一名大气化学家约瑟夫·弗朗西斯科说。科学。“问题是,如何抑制这类颗粒的形成?这项工作实际上首次为您提供了非常重要的见解,以帮助您抑制颗粒的生长。”

宾夕法尼亚大学的博士后研究员,这项工作的主要作者之一钟洁说:“我们和其他人一直在研究颗粒生长的过程,以便我们可以更好地了解天气和对健康的影响。” “以前人们认为酒精并不重要,因为它们与其他分子之间的相互作用较弱。但是酒精引起了我们的注意,因为它们在大气中含量很高,我们发现它们确实在减少颗粒形成方面起着重要作用。”

在进行这项工作之前,Zhong及其同事一直专注于涉及SO 3的各种反应,这些反应可能源于各种类型的污染,例如燃烧化石燃料。当与水分子结合时,SO 3形成硫酸,是酸雨的主要成分,同时也是在大气中生长颗粒的最重要的“种子”之一。

化学家们知道,酒精不是很“粘”,只能与SO 3形成弱相互作用,因此认为它不是造成颗粒形成的关键因素。但是当Zhong及其同事仔细研究时,使用强大的计算化学模型和分子动力学模拟,他们意识到,当大气中有大量SO 3时,SO 3确实可以与醇(例如甲醇)反应。所得的产物硫酸氢甲酯(MHS)具有足够的粘性,可以参与颗粒形成过程。

钟说:“因为该反应将醇转化为更具粘性的化合物,”我们最初认为它会促进颗粒形成过程。但这不是。这是最有趣的部分。酒精消耗或竞争SO 3的机会较少。可以形成硫酸。”

尽管甲醇和SO 3之间的反应需要更多的能量,但研究人员发现MHS本身(除了硫酸和水之外)还可以催化甲醇反应。

弗朗西斯科说:“这对我们来说是一个有趣的部分,因为它发现MHS可以催化其自身的形成。” “而且这项工作的独特之处在于,效果的影响使我们感到惊讶。”

Francisco和Zhong指出,在干燥和污染的条件下,当大气中酒精和SO 3含量较高,而水分子较少时,该反应可能在降低颗粒形成速率方面起特别重要的作用。然而,他们还承认,甲醇-SO 3反应的产物MHS 也与健康的负面影响有关。

钟说:“这是一个平衡。” “一方面,这种反应减少了新颗粒的形成,但另一方面,它又产生了另一种不太健康的产品。”

研究人员说,对粒子形成的新见解确实提供了可以为更精确的空气污染甚至天气和气候模型提供信息的信息。“这些模型并不是很准确,现在我们知道它们没有采用以前无法识别的机制,”钟说。

下一步,研究人员正在研究包括雪和冰在内的较冷条件如何影响新颗粒的形成。“这很合适,因为冬天来了。” 弗朗西斯科说。

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