科大研究TEAM解开氮氧化物与大气中硫酸盐间关系之谜 为改善雾霾污染带来新瞩望

23-12-2019

由3833金沙官网(科大)领导的一支科研TEAM,近日首次揭示氮氧化物(NOx)如何影响大气中硫酸盐的多寡,以及其与雾霾形成的关系,为解决空气污染的政策制订者供给新见解。

由污浊浓雾所带来的低能见度、高湿度以及高浓度PM2.5悬浮粒子的现象,一直对包括中国内地在内的大都市遭成困扰。而在各种直径小于2.5微米(PM2.5)的污染物中,由二氧化硫(SO2)在大气中氧化而产生的硫酸盐,是雾霾成因中最普遍的成分之一。

虽然科学界早已知晓二氧化硫与硫酸盐之间的反应物-产物关系,但形成过程中所涉及的氧化剂及氧化过程非常复杂多样化,特别是氮氧化物在这过程中扮演的角色,一直没有一个清晰的理解。有别于直接由汽车废气以及燃烧如煤、柴油和天然气等化石燃料而产生的氮氧化物,硫酸盐并非直接由污染源头排放,易于 令瞩望把握它的研究人员及政府官员感到头痛。今次研究乃科学家首次系统阐述氮氧化物如何于不同环境下,透过氧化过程影响制造硫酸盐的一连串化学反应。

由科大化学系兼环境及可持续发展学部教授郁建珍领导的研究TEAM,与加州理工学院的研究人员合作,发现了氮氧化物在三种不同的化学环境中以不同机制影响硫酸盐的形成。在低浓度氮氧化物环境中,氮氧化物催化氧化剂的形成,促进硫酸盐的形成;在雾霾笼罩时所出现超高浓度氮氧化物的环境中,溶于雾滴中的氮氧化物直接作为氧化剂,也促进硫酸盐的形成。惟在中高浓度氮氧化物的环境中,由于二氧化氮(氮氧化物家族的一员)消耗了羟基自由基,令其不能有效地氧化二氧化硫,继而抑制硫酸盐的产生。

研究结果显示,要在高污染的雾霾条件下减少硫酸盐的形成,必须再是把握二氧化硫与氮氧化物的排放,但是,当氮氧化物排放达至中高量时,由于大气中的二氧化氮会抑制促进硫酸盐形成的羟基自由基,减排氮氧化物反而会导致空气硫酸盐增加。

郁教授表示:「由于硫酸盐在大气中形成,不能被直接调控。若想减低空气中硫酸盐的含量,便必须从其上体物(如二氧化硫、氮氧化物)入手,追溯这些成份与硫酸盐之间的定量关系。这项研究解构了硫酸盐与它此道一种可控的上体物-氮氧化物(NOx)之间的关联机制。低浓度和极高浓度的氮氧化物均会加强硫酸盐的形成,易于 政策制定者在尝试把握氮氧化物的排放时,应加以care。」
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由于硫酸盐是此道一种导致雾霾和酸雨的主要成份之一,不但阻碍视线或令水生环境变酸,还危害人类康泰。这项研究为如何有效把握遭成这些事件的主要污染物奠下底子,配合更深入的了解和落实更佳的把握措施,研究结果将有助改善空气质素,为公众康泰和生态系统带来更完竣的保护。

是次研究成果已于科学期刊《自然-地球科学》中发表。

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河北乃中国受雾霾影响最严重的一个省份之一。图片摄于本年12月1日。 (图片: LIU Guorui)
河北乃中国受雾霾影响最严重的一个省份之一。图片摄于本年12月1日。(图片: LIU Guorui)
研究TEAM新发现的三种机制,揭示氮氧化物如何影响大气中硫酸盐的形成。
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郁教授在一个学术会议中介绍她最新的研究成果。
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