ACP: 有机硫酸酯气溶胶的吸湿性

唐明金 研究员

机硫酸酯是一类重要的二次有机气溶胶,其质量浓度最高可达有机气溶胶的30%左右,具有不可忽视的环境和气候效应。然而,目前关于有机硫酸酯气溶胶吸湿性及云凝结核活性的科学认识还非常有限。

与美国马里兰大学、中国科学院化学研究所、中国科学院地球环境研究所等国内外单位合作,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心彭超博士(合作导师:唐明金研究员)使用蒸汽吸附分析仪、吸湿性串级差分电迁移率分析仪、云凝结核计数仪,研究了十一种代表性有机硫酸酯(见图1)的吸湿性和云凝结核活性。研究发现,不同样品的吸湿性存在着很大的差异:甲基、乙基、辛基和羟基丙酮硫酸酯具有较强的吸湿性,而十二烷基硫酸酯及六种芳香烃类硫酸酯在相对湿度为90%时仍未表现出显著的吸湿增长。对于甲基、乙基及辛基硫酸酯,其吸湿性及云凝结核活性均随着碳链长度的增加而减小,表明憎水性碳氢官能团的增加将显著降低有机硫酸酯的吸湿性。

图1. 十一种代表性有机硫酸酯的化学式

图2. 甲基、乙基、辛基硫酸酯及其与硫酸铵内混气溶胶在亚饱和(κgf)及过饱和(κccn)条件下的吸湿性参数

基于实验测量的吸湿增长因子和云凝结核活性,他们计算了甲基、乙基及辛基硫酸酯在亚饱和(相对湿度小于100%)与过饱和(相对湿度大于100%)条件下的吸湿性参数κ值。如图2所示,对于甲基和乙基硫酸酯,两种条件下得到的κ值非常吻合,相对差异小于25%;而对于辛基硫酸酯,过饱和条件下得到的κ值是亚饱和条件下的2.4倍。进一步的研究发现,溶解度的限制以及液滴表面张力的降低是辛基硫酸酯的吸湿性参数在亚饱和与过饱和条件下存在较大差异的主要原因。

该研究受到基金委“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”重大研究计划重点支持项目(91744204)、博士后面上基金(2020M682931)、科技部重点研发计划(2018YFC0213901)和中国科学院对外合作重点项目(132744KYSB20160036)等项目的资助。

文章信息:Peng, C., Razafindrambinina, P. N., Malek, K. A., Chen, L. X. D., Wang, W. G., Huang, R. J., Zhang, Y. Q., Ding, X., Ge, M. F., Wang, X. M., Asa-Awuku, A. A., and Tang, M. J.: Interactions of organosulfates with water vapor under sub- and supersaturated conditions, Atmos. Chem. Phys., 21, 7135-7148, 2021.

论文链接:https://acp.copernicus.org/articles/21/7135/2021/