餐饮油烟二次有机气溶胶生成的模拟研究

Secondary organic aerosol (SOA) constitutes a substantial fraction of fine particulate matter and has important impacts on air quality, human health and climate change. However, current models usually underestimate SOA due to the unknown sources and the unclear formation mechanisms. Cooking is an important source of primary organic aerosol (POA) in urban areas. After dilution, POA will produce substantial SOA through atmospheric oxidation. Furthermore, cooking will directly emit important SOA precursors such as single-ring aromatics. But the lack of experimental data on key SOA precursors and yields of cooking emissions makes it difficult to evaluate the contribution of cooking emissions to SOA. In this study, SOA formation from cooking emissions will be firstly studied in a smog chamber and a Potential Aerosol Mass (PAM) reactor. SOA formation from heating oil and cooking traditional dishes will be studied to obtain the key precursors, chemical compositions and yields of cooking SOA. Furthermore, we will evaluate the SOA formation potential of cooking emissions from different commercial restaurants by using the PAM reactor, and thus estimate the contribution of cooking emissions to SOA. This study will provide scientific data and valuable information for the prediction of SOA and the mitigation of air pollution.

二次有机气溶胶（SOA）是大气细粒子的重要组成，对空气质量、人体健康和气候变化有重要影响。由于对其来源和生成机制认识不足，SOA模型预测值往往低于实测值。餐饮油烟是城区一次有机气溶胶（POA）的重要来源，POA经大气稀释后可以进一步氧化生成大量的SOA。此外，餐饮油烟直接排放单环芳烃等重要的SOA前体物。然而由于缺乏餐饮油烟SOA生成的模拟研究，导致其SOA的关键前体物和产率仍不清楚，无法准确评估餐饮油烟对SOA的贡献。本项目拟结合烟雾箱模拟和PAM反应器模拟两种技术手段，首次系统研究餐饮油烟SOA的生成。项目首先开展加热食用油和烹饪家常菜油烟SOA生成的研究，获得餐饮油烟SOA的关键前体物、化学组成和产率；再针对不同类型餐馆的餐饮油烟，使用PAM反应器模拟获得餐饮油烟的SOA生成潜势，评估餐饮油烟对SOA的贡献。本项目的开展将为SOA的模型预测和相关空气污染控制提供科学数据和基础依据。

餐饮油烟是城区一次有机气溶胶（POA）的重要来源，POA经大气稀释后可以进一步氧化生成大量的二次有机气溶胶（SOA）。本研究利用烟雾箱（Smog Chamber）模拟和PAM（Potential Aerosol Mass）反应器模拟两种技术手段，针对加热常用食用油和炒香料的排放，进行了烹饪油烟生成SOA的模拟研究。分析了加热常用食用油和炒香料的过程中排放的前体物成分，POA以及SOA的生成潜势。具体包括：（1）利用烟雾箱模拟在高NOx条件，七种常见食用植物油（葵花籽油，橄榄油，花生油，玉米油，菜籽油，大豆油和棕榈油）在加热到200°C时的非甲烷有机气体（NMOG）的排放，POA的生成速率以及在烟雾箱中进行光氧化实验产生SOA的速率和组成。发现在存在NOx的情况下，经过等效1.9小时的光化学氧化后，加热食用油时的SOA生成速率比POA产生速率高出1个数量级。（2）利用PAM研究了五种植物油（即玉米油，菜籽油，葵花籽油，花生油和橄榄油）加热时的气态排放物（利用特氟龙过滤器过滤掉POA之后的气态前体物）形成SOA的速率，产率和组成。平均氧化态（OSc）的变化表明，实验中形成的SOA被轻度氧化。SOA的质谱非常类似于加热食用油产生的POA和环境中的COA因子。加热食用油的排放物中主要的SOA前体物与食用油中单不饱和脂肪和omega-6脂肪酸的含量有关。（3）表征了加热玉米油和炒香料（大蒜，生姜，香叶和胡椒）的挥发性有机化合物（VOC）排放，POA的产生速率以及SOA的生成潜势。发现炒这些香料均会产生大量的甲基吡咯。炒生姜，香叶和胡椒会产生大量的单萜和萜类化合物。炒香料的POA产生速率超过了其SOA的生成速率，并且炒香料可能是烹饪过程中室内萜烯的重要来源。本项目的这些发现对于室内和室外空气质量的研究至关重要，相关结果为准确估算餐饮源排放对SOA生成的影响提供了重要的模拟依据。