中国不同区域大气本底VOCs的观测与研究

论文摘要

大气中的挥发性有机物（VOCs）不仅对人体健康产生直接危害,而且在某种程度上控制着区域大气中近地层二次污染物臭氧（O-3）的浓度,并在光化学烟雾、酸雨、全球变暖等环境问题中扮演着重要角色,因此引起了国内外的广泛关注。为了解我国内陆背景大气中VOCs的浓度水平和变化形式,本文利用不锈钢钢瓶采样、三步冷冻浓缩进样-GC/MS分析技术,首次系统地对我国东北长白山、华南鼎湖山及西南贡嘎山地区大气中VOCs的浓度、组成、来源、季节变化及光化学活性等方面进行了对比观测研究,并得到以下结果:2005年9月5日至2006年8月30日,长白山地区大气中总挥发性有机物（TVOCs）年平均浓度为（18107-4±69.6）×10-9C（碳单位体积比）,其中烷、烯、芳香和卤代烃等四类物质所占的百分比依次为:43%、22%、31%和4%。烷烃类物质中异戊烷、2-甲基戊烷、正戊烷和3-甲基戊烷等机动车尾气或汽油挥发特征性物质浓度最高;芳香烃类物质中苯/甲苯的特征比值略高于机动车尾气排放特征比值0.5;烯烃类物质以植物排放烃蒎烯、异戊二烯为主;从高浓度VOCs品种分析,长白山地区大气VOCs受汽车污染和森林排放双重控制。TVOCs浓度年度峰值出现在春季,谷值出现在冬季。等效丙烯浓度计算表明,长白山区域大气VOCs总等效丙烯浓度为156.6×10-9C,其中异戊二烯等烯烃的光化学活性较高:而烷烃、芳香烃虽然是长白山区域大气VOCs中含量丰富的物种,但并不是生成O3的主要贡献者。2006年8月1日至2007年7月25日,鼎湖山地区大气中TVOCs年平均浓度为（102.0±69.9）×10-9C,其中烷、烯、芳香和卤代烃等四类物质所占的百分比依次为:39%、10%、44%和7%。烷烃类物质中丁烷、异戊烷、3-甲基戊烷、2-甲基己烷和2-甲基戊烷浓度最高:所有烯烃类物质中,1-丁烯、异戊二烯、蒎烯、反2-丁烯和顺2-丁烯浓度最高;浓度排前5位的芳香烃类物质为甲苯、苯、乙苯、间（对）二甲苯和萘;浓度排前5位的卤代烃类物质为氯苯、二氯甲烷、邻二氯苯、F11和1,2二氯乙烷。鼎湖山地区大气中TVOCs呈现出一定的季节变化。峰值出现在春季,谷值出现在夏季。由于各类VOCs在大气中的来源与其在大气环境中的化学活性均不相同,它们表现出的季节变化规律也不尽相同。秋、冬、夏三个季节烷烃与芳香烃有72%～75%的来源是相同的;春季二者只有52%的来源是相同的。夏、秋季节,烯烃与烷烃仅有12%与14%同源;冬、春两季,烯烃与烷烃分别有75%与79%含量具有相同的源。在春、秋、夏季,芳香烃与卤代烃相关性极差;在冬季二者相关性高达80%。鼎湖山区域大气VOCs总等效丙烯浓度为54.0×10-9C,其中烯烃光化学活性最大、芳香烃次之;而实际浓度较大的烷烃类物质但并不是生成O3的主要贡献者。冬春季节,TNMHCs的化学活性与其总浓度之间有良好的线性相关关系,决定系数R2分别为0.97、0.92;夏秋季节,二者之间的相关性较另外两个季节稍差,决定系数R2均为0.62:对全年而言,总丙烯等效浓度与其总浓度之间的线性相关程度较好,决定系数R2为0.68。总碳原子体积分数与总等效丙烯浓度比值R全年平均水平为1.8。2006年9月5日至2007年8月24日,贡嘎山地区大气中TVOCs年平均浓度仅为（47.4±18.2）×10-9C,其中烷、烯、芳香和卤代烃等四类物质所占的百分比依次为:33%、10%、48%和9%。贡嘎山大气所有烷烃类物质中,异戊烷、丁烷、3-甲基戊烷、戊烷和2-甲基戊烷浓度最高;所有烯烃类物质中,1-丁烯、异戊二烯、反2-丁烯和顺2-丁烯、蒎烯浓度最高;浓度排前5位的芳香烃类物质为萘、苯、甲苯、间（对）二甲苯和乙苯;浓度排前5位的卤代烃类物质为氯仿、邻二氯苯、F11、二氯甲烷和F113。贡嘎山地区大气中TVOCs呈现出一定的季节变化。春秋季浓度值较高,冬夏季浓度值递减。由于各类VOCs在大气中的来源与其在大气环境中的化学活性均不相同,它们表现出的季节变化规律也不尽相同。贡嘎山区域大气VOCs总等效丙烯浓度为25.5×10-9C,其中烯烃类物质等效丙烯浓度较高,而实际浓度较大的烷烃类、芳香烃类物质并不是生成O3的主要贡献者。春、夏、秋三个季节,TNMHCs的化学活性与其总浓度之间有良好的线性相关关系,决定系数R2分别为0.88、0.80和0.88;冬季,二者之间的相关性较另外三个季节稍差,决定系数R2为0.66;对全年而言,总丙烯等效浓度与其总浓度之间的线性相关程度较好,决定系数R2为0.69。贡嘎山地区总碳原子体积分数与总等效丙烯浓度比值R全年平均水平为1.7。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 大气中痕量挥发性有机物的研究背景及意义
• 1.1 研究意义
• 1.1.1 大气中痕量挥发性有机污染物的定义和分类
• 1.1.2 大气中痕量挥发性有机污染物对人类的影响
• 1.1.3 大气中痕量挥发性有机污染物的来源
• 1.1.4 大气中痕量挥发性有机污染物的汇
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 本文研究意义和内容
• 1.3.1 本文研究意义
• 1.3.2 大气本底污染监测站简介
• 1.3.3 本文主要研究内容
• 第二章 样品的采集与分析方法
• 2.1 样品采集
• 2.1.1 采样地点和采样时间
• 2.1.2 采样器材和采样方法
• 2.2 样品分析
• 2.2.1 仪器与配件
• 2.2.2 样品的仪器分析步骤
• 2.2.3 样品的定性分析方法
• 2.2.4 样品的定量分析方法
• 2.3 方法评价
• 2.3.1 日校正
• 2.3.2 灵敏度
• 2.3.3 响应因子
• 2.3.4 回收率
• 2.3.5 最低检出限
• 2.3.6 精密度
• 2.4 小结
• 第三章 中国不同区域大气本底VOCS浓度时空分布特征
• 3.1 东北长白山地区大气VOCs的观测与研究
• 3.1.1 采样地点和采样时间
• 3.1.2 长白山地区大气中VOCs的浓度及组成
• 3.1.3 长白山地区大气中VOCs浓度的季节变化
• 3.1.4 小结
• 3.2 华南鼎湖山地区大气VOCS的观测与研究
• 3.2.1 采样地点和采样时间
• 3.2.2 鼎湖山地区大气中VOCs的浓度水平
• 3.2.3 鼎湖山地区大气中VOCs的组成及来源初探
• 3.2.4 鼎湖山地区大气中VOCs浓度的季节变化
• 3.2.5 VOCs各组分的同源性分析
• 3.2.6 小结
• 3.3 西南贡嘎山地区大气VOCs的观测与研究
• 3.3.1 采样地点和采样时间
• 3.3.2 贡嘎山地区大气中VOCs的浓度水平
• 3.3.3 贡嘎山地区大气中VOCs的组成及来源初探
• 3.3.4 贡嘎山地区大气中VOCs浓度的季节变化
• 3.3.5 小结
• 3.4 我国东北、华南及西南地区大气VOCs的对比分析
• 3.4.1 各站基本情况对比
• 3.4.2 TVOCs浓度水平对比
• 3.4.3 VOCs组成对比
• 3.4.4 单个物质浓度水平及季节变化形式对比
• 3.4.5 小结
• 第四章 中国不同大气本底区域VOCS的反应活性分析
• 4.1 等效丙烯浓度
• 4.2 长白山地区VOCs的光化学活性分析
• 4.3 鼎湖山地区VOCs的光化学活性分析
• 4.4 贡嘎山地区VOCs的光化学活性分析
• 4.5 长白山、鼎湖山和贡嘎山地区VOCs的光化学活性对比
• 4.6 小结
• 第五章 总结和讨论
• 5.1 全文总结
• 5.2 本文特色与创新点
• 5.3 本文的不足之处及下一步研究计划
• 参考文献
• 攻读硕士期间参与的科研项目和研究成果
• 致谢