柴油车排放烟羽中有机物变化特征研究

Secondary organic aerosols (SOA) is an important component of atmospheric fine particles (PM2.5), the value of SOA simulated by model may underestimate more than 10 times compared with the actually measured value. There is a quick reaction process in the area near the exhaust gas discharge outlet when the vehicle emissions exhaust into the air, a large number of secondary particles were generated in this process, the formation of SOA plays a leading role in this process, but only no more than 10% of the observation value can be explained by the existing theory because of the insufficient knowledge of formation mechanism of SOA. Therefore, the diesel exhaust plume organic multi-point synchronous sampling system will be built in this research, the typical vehicle and driving route will be selected, the gas and particle state samples will be collected in different locations of diesel vehicle exhaust plume. The component of volatile organic compounds (VOCs), semi-volatile organic compounds (SVOCs), intermediate-volatile organic compounds (IVOCs) and non-volatile organic components (NVOCs) will be analyzed. The influence of driving cycle and control technology on the emission characteristics of VOCs, SVOCs, IVOCs and NVOCs will be analyzed. The variation characteristics of organic compounds in the diesel vehicle exhaust plume will be analyzed. The gas/solid phase distribution rule of organic compounds in the diesel vehicle exhaust plume will be analyzed. The experimental data support will be provided for accurate testing the primary organic aerosols (POA) emitted by diesel vehicles, analysis and simulation SOA formation process in the diesel vehicle exhaust plume, reducing the differences between simulation and observation of SOA.

二次有机气溶胶(SOA)是大气细颗粒物（PM2.5）的重要组成部分，其数值模拟值与实测值相比存在数量级的低估。柴油车尾气烟羽近排放口区域存在快反应过程，生成大量的二次颗粒物，其中SOA的生成过程起主导作用，但由于对SOA生成机理认识的不足，能被现有理论解释的不足观察的10%。因此本研究将搭建柴油车烟羽有机物多点同步采样系统，选择典型车辆和行驶路线，采集柴油车实际行驶时烟羽不同位置的气态和颗粒态样品，分析烟羽中的挥发性（VOCs），半挥发性(SVOCs)，中间挥发性(IVOCs)和难挥发性(NVOCs)有机物组分。分析工况和控制技术对柴油车VOCs，SVOCs，IVOCs和NVOCs排放特征的影响，分析有机物在烟羽中的变化过程，解析烟羽中有机物气/固分配规律。为准确测试柴油车排放的一次有机气溶胶（POA），分析与模拟柴油车烟羽中SOA生成过程，减少SOA模拟与观察值间的差异提供实验数据支持。

二次有机气溶胶(SOA)是大气细颗粒物（PM2.5）的重要组成部分，其数值模拟值与实测值相比存在数量级的低估。柴油车尾气烟羽近排放口区域存在快反应过程，生成大量的二次颗粒物，其中SOA的生成过程起主导作用，但由于对SOA生成机理认识的不足，SOA模拟结果具有很大的不确定性。研究表明半/中间挥发性有机物（S/IVOCS）是SOA的重要前体物之一，其中多环芳烃(PAHS)及硝基多环芳烃(NPAHS)是一类致癌的典型的S/IVOCS。本研究以柴油车尾气中多环芳烃及硝基多环芳烃为目标，选取了21辆不同车型及排放标准的柴油车进行不同行驶工况下的实际道路测试，分析了PAHS和NPAHS在烟羽中变化规律，解析了烟羽中PAHS和NPAHS气固分配过程对烟羽中SOA的贡献。为研究SOA的其他前体物在烟羽中生成过程，并减少SOA模拟与观测值间的差异提供实验数据支持。.结果表明，总多环芳烃相对因子随尾气烟羽沿程的变化幅度较小，但颗粒相中的相对因子在测量范围内从26.11%增至67.30%，其中三环、四环、五环占比分别为18.47%、25.89%、43.77%，说明多环芳烃随尾气烟羽沿程的过程中逐渐由气相向颗粒相中转移。硝基多环芳烃总量同样随尾气烟羽沿程的变化幅度较小，但在测量范围内颗粒相中相对因子从28.16%增至70.01%，其中三环、四环、五环物质的占比分别为36.21%、34.72%、29.07%，说明硝基多环芳烃也随尾气烟羽沿程的过程中逐渐由气相向颗粒相中转移。研究显示，多环芳烃和硝基多环芳烃是柴油车尾气烟羽中二次颗粒物的重要贡献源，约占9%-40%。同时，由于两类物质对SOC的贡献在0.5m的烟羽范围以后逐渐降低，可以推测在0.5m之后的烟羽中有其他物质通过成核或冷凝过程形成二次颗粒物。本研究中在平均稀释比为12.06的工况下，高估的PAHS及NPAHS分别为5.16μg/gCO2和4.04μg/gCO2，分别占SOC的24.32%和19.05%。之后的研究应对更多SVOCS及其前体物进行测定，以探究SVOCS对柴油车尾气烟羽中二次颗粒物形成的贡献。