棕色碳（BrC）是近十年來新出現(xiàn)的一類在近紫外和可見光區(qū)吸收光輻射的有機碳,不僅對大氣造成輻射強迫,更是對大氣光化學反應速率有著重要作用。BrC的出現(xiàn)打破了將碳質(zhì)氣溶膠分為強吸光作用的黑碳（BC）和無吸光作用的有機碳這兩種組分的固有概念,為氣候模型、傳輸模型和排放清單的評估引入了更多的不確定。大氣BrC受不同來源、大氣過程、形成機制等影響,因此對光學性質(zhì)和化學成分之間關(guān)系的理解是有限的,目前已成為研究的熱點之一。生物質(zhì)燃燒、煤燃燒和機動車尾氣是已知的大氣BrC最重要的排放源。研究不同源排放BrC的光學性質(zhì)、化學結(jié)構(gòu)和分子組成對評估其在大氣中的演化和來源是非常重要的�；诖�,本文分四部分內(nèi)容逐步討論了溶解性BrC在典型源中的特征,進一步應用到大氣氣溶膠中BrC的源解析中。本文第一部分主要從源排放著手,應用紫外可見吸收光譜、激發(fā)-發(fā)射矩陣熒光光譜（EEM）和傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（FT-ICR MS）分析了模擬中南半島生物質(zhì)燃燒實驗,和居民煤燃燒以及機動車排放（包括隧道氣溶膠和機動車尾氣顆粒物）氣溶膠顆粒物中水溶性有機碳（WSOC）和甲醇溶的有機碳（MSOC）。結(jié)果表明,生物質(zhì)和煤燃燒... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院廣州地球化學研究所)廣東省

【文章頁數(shù)】：195 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

氣溶膠的大氣循環(huán)

第1章引言51.3.1棕色碳的來源BrC來源復雜，已有研究表明BrC可以來自于一次不完全燃燒排放、大氣二次轉(zhuǎn)化形成的SOA，以及新鮮排放或二次轉(zhuǎn)化形成顆粒物的老化(Laskinetal.,2015)4336。初級BrC主要來源于森林和草原大火、木材和煤炭的家用取暖和烹飪、機動車排放，以及藻類、植物殘骸和腐殖質(zhì)的生物釋放(Ramanathanetal.,2007)。由于和BC、不吸光的OA和無機化合物具有相似的來源，BrC可以和這些化合物以不同的比例內(nèi)部或外部混合。此外，二次BrC主要包括在高氮氧化合物濃度下生成的芳香類SOA，生物質(zhì)燃燒源或人為源前體物與NH3和NH4+等含氮化合物的反應物，或者由高分子質(zhì)量的光吸收化合物在氣相、微粒和云微滴組成之間的多相反應中產(chǎn)生(Laskinetal.,2015;Liuetal.,2015;Moiseetal.,2015)。由于環(huán)境粒子是長距離傳輸?shù)�，因此初級和二次BrC都可能在大氣環(huán)境中發(fā)揮重要的作用，從而影響衛(wèi)星數(shù)據(jù)檢索和氣候模型預測的精準性。圖1.2碳質(zhì)氣溶膠的光學和熱化學分類(Pschl,2003)Figure1.2Classificationandmolecularstructureofcarbonaceousaerosolcomponents1.3.2棕色碳的化學組成不同來源BrC的吸光特性主要受化學組成或物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響(Moetal.,2018;Songetal.,2019)。一般認為，棕色碳是由大分子物質(zhì)組成，且大多是高度共軛的芳環(huán)（如PAHs類物質(zhì)），并與含氧、含氮等極性官能團直接相連的高分子量物質(zhì)，或是類腐殖質(zhì)（humic-likesubstances，HULIS）(ChenandBond,2010;DiLorenzoetal.,2017;Samburovaetal.,2016)。根據(jù)已有的研究，可將BrC大致分為HULIS、焦油類（tarrymaterials）和不溶于水的有機碳（water-insolubleorganiccarbon，WIOC）三類(Senguptaetal.,2018;支國瑞etal.,2015)。

鎦?Stoneetal.,2009)4210。由于含有羧基、羰基、芳香基團等形成共軛體系及芳香體系(Zhouetal.,2018)259，HULIS可以吸收紫外等低波長光輻射，這是HULIS具有BrC吸光特性的主要原因。此外，HULIS還具有表面活性、吸濕性以及光化學反應活性(Tanetal.,2016)1482，可以參與眾多的大氣化學過程，具有潛在的氣候效應。最新研究表明HULIS可能誘發(fā)人類健康風險，產(chǎn)生炎癥反應(Maetal.,2019)。1.3.2.2焦油類物質(zhì)大氣中存在的典型焦油類物質(zhì)主要以焦油球（tarball）形式存在，無定形的碳質(zhì)物質(zhì)(Chakrabartyetal.,2010)6364，圖1.3為典型生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生焦油球的電鏡掃描圖。研究表明，對流層大氣中的焦油球主要來自于生物質(zhì)及生物燃料的燃燒排放(Hofferetal.,2016)239。Chakrabarty等（2010）6365利用電子掃描顯微鏡檢查了統(tǒng)計學上相關(guān)數(shù)量的顆粒的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)三個生物質(zhì)陰燃過程中排放的所有顆粒中95%以上是焦油球。生物質(zhì)燃燒煙氣中的低揮發(fā)性O(shè)A通過氣粒轉(zhuǎn)化形成氣溶膠顆粒，進而形成水溶性有機化合物，這些處于高溫煙氣中的化合物快速失水發(fā)生聚合作用，變成焦油球或不規(guī)則有機粒子。焦油球主要由C和O兩種元素組成，以及微量的S、N、Cl等其他元素。焦油球含碳量高，無石墨烯層結(jié)構(gòu)和明顯有序的顯微結(jié)構(gòu)，也不形成聚合集團，一般與其他氣溶膠呈外部混合狀態(tài)(支國瑞etal.,2015)1800。研究表明，棕色碳質(zhì)焦油球可能導致近紫外和紫外光區(qū)的直接輻射強迫顯著增加(Lietal.,2019)139。Hoffer等（2016）243-244研究了實驗室條件下木材燃燒產(chǎn)生的焦油球的光學性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在550nm處的質(zhì)量吸收系數(shù)和折射率分別為0.83.0m2/g和1.840.21i，AAE值為2.73.4（467652nm），并認為焦油球類在全球輻射預算中具有非常重要的影響。圖1.3生物質(zhì)陰燃過程中排放

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2941406