活性溴及活性氯化学对冬季大气氧化性的显著影响-王韬课题组及合作团队
2020年12月28日，香港理工大学王韬教授课题组，在期刊《National Science Review》在线发表了一篇题为“An unexpected large continental source of reactive bromine and chlorine with significant impact on wintertime air quality”的研究论文。本研究基于对多种活性卤素化合物的综合外场观测数据，结合新开发的化学箱式模型，揭示了高强度的中国北方冬季居民的燃煤活动释放大量的活性卤素化合物对大气氧化性，冬季二次污染物生成以及人类生态系统健康的重要影响。
卤素自由基（氯和溴）具有很强的氧化性，可以影响大量污染物的浓度水平。目前关于ClNO2光解产生的氯自由基对大气氧化性的影响在国际上已经得到证实与认可, 但是对于在污染地区是否存在其他的卤素活化通道来贡献卤素自由基尚不清楚。本项目于2017年12月，在华北平原（河北望都）开展了国内首个关于活性卤素化合物(Cl2、Br2、HOCl、HOBr 和BrCl)的综合野外观测实验， 发现此地区存在大量的非预期的活性卤素化合物，尤其是以高活性的BrCl为主(BrCl最高浓度为482 ppt)。这是除北极研究外，全世界范围内第一个报道持续性的高BrCl浓度的地面观测，并且此浓度比北极地区地面观测最高值大10倍。通过进一步对观测数据的分析与计算，揭示并验证了此地区冬季燃煤活动能排放大量含溴颗粒物与活性溴物质Brx (=BrCl+HOBr+2xBr2)。
化学箱式模型计算发现BrCl的快速光解是对该地区大气中氯和溴两种自由基的贡献占比均达到50%以上。两种自由基可以大幅增强对挥发性有机物的氧化速率(其中烷烃可以达180%，醛酮类可提高90%)， 同时能平均增强大气中的经典氧化剂(OH, HO2, RO2)浓度分别达25%，50%和75%，并增加55%的臭氧净生成速率。大气氧化性的增强可加快二次颗粒物的生成。 此外，产生的溴原子可以极大增强元素汞向二价汞的氧化。氧化后的二价汞具有毒性，易溶于水，极易通过沉积作用进入地面和生态系统。中国华北平原地区是世界上具有高浓度的元素汞地区之一。因此，高浓度溴自由基促进的二价汞的生成和其快速沉积的属性可能会极大增加排放地区的人类和生态系统的毒性风险。因此本研究建议未来除了关注燃煤排放活动产生的CO2，颗粒物，含硫含氮物质以外，同时需要密切关注卤素化合物和汞。本研究为控制中国北方地区农村燃煤提供了新的科学依据。
本研究论文的共同第一作者彭翔和汪维昊为香港理工大学王韬教授组博士生，王韬教授为论文的通讯作者。复旦大学陈建民教授团队、生态中心牟玉静教授团队、山东大学薛立坤教授团队、山东建筑大学王金鹤博士、美国A.R. Ravishankara院士、西班牙Alfonso Saiz-Lopez教授团队、法国Christian George教授等多家单位多位科学家参与了该研究，为本研究提供了重要的观测数据及观测结果分析支持。
本研究得到自然科学基金委重大研究计划重点项目(91544213 和 91544211)等资助
文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa304