《多環芳烴在大氣顆粒物表面的非均相反應機理模擬研究》是依託山東大學，由王文興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多環芳烴在大氣顆粒物表面的非均相反應機理模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王文興
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氣溶膠表面的非均相反應不僅改變了原來顆粒物的組成，而且還會增強顆粒物的吸濕性、增大粒徑和消光效率，從而降低大氣能見度，促進灰霾的形成。多環芳烴具有三致效應，是大氣中的重要污染物之一。含三個以上苯環的多環芳烴易附著於碳質顆粒物和砂塵等大氣顆粒物表面進行氣-固非均相反應，生成硝基多環芳烴和含氧多環芳烴衍生物等致癌性和誘變性更強的污染物。本項目擬採用高精度量子化學計算研究多環芳烴在石墨、SiO2和蒙脫土等表面的非均相反應。探討反應路徑、中間產物及相應的動力學、熱力學性質，找到主要反應通道、速控步驟；在量子化學計算提供的勢能剖面基礎上，採用直接動力學方法計算非均相反應過程中包含的基元反應的速率常數；闡明多環芳烴中苯環數目及相對空間位置對多環芳烴反應活性的影響；為有效控制環境空氣污染以及治理大氣污染和環境立法、環境規劃提供理論依據和科技支撐。
結題摘要
多環芳烴(PAHs)是由兩個及以上芳香環組成的一類有機化合物。由於多環芳烴對生態環境及人類健康的影響，近年來引起了人們的廣泛關注。在PAHs中含有苯環數越多其毒性可能越大。含三個以上苯環的多環芳烴易附著於碳質顆粒物和砂塵等大氣顆粒物表面進行氣-固非均相反應，生成硝基多環芳烴和含氧多環芳烴衍生物等致癌性和誘變性更強的污染物。本項目採用高精度量子化學計算得到了多環芳烴與環戊二烯基/茚基反應導致多環芳烴環數增長及毒性更強的二硝基多環芳烴及二噁英產生的機理。本項目基於OH自由基與NO3自由基引發的呋喃醛在石墨表面的非均相反應機理研究，明確了五種多環芳烴在石墨界面的吸附特性及與OH自由基的加成反應。主要結論如下： (1) PAH環數的增長起始於加成反應，然後是閉環反應，分子內H-遷移，C-C鍵裂解，分子內H-遷移和CH3或H的單分子去除反應。C-C鍵裂解步驟勢壘最高，為控速步驟。 (2) 水分子或水分子二聚體的橋樑作用能夠促使二硝基萘對位OH/NO3自由基加成產物的生成。此外，在NO2濃度較低的條件下，O2與NO2分子在OH-硝基萘或NO3-加成中間體的後續反應中呈競爭關係，這一結論需要被進一步的實驗論證。 (3) 自由基引發的呋喃醛反應產物中有含氧基團，其與大氣中的水分子或者硫酸分子更容易發生成核反應。黑碳顆粒物表面上2-呋喃醛與NO3自由基的非均相反應結論可為後續研究多環芳烴的大氣非均相加成反應建立提供理論支撐。 (4) 相較於OH自由基引發的多環芳烴的氣相反應，OH自由基與吸附在石墨表面多環芳烴的加成反應較難發生。
