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广州地化所等揭示代表性矿质气溶胶的吸湿性

来源:广州地球化学研究所 78 2020-11-20

矿质气溶胶是对流层中重要的气溶胶之一,影响大气污染、气候变化以及生物地球化学循环。吸湿性在较大程度上决定矿质气溶胶对大气化学和气候的影响。但是由于矿质气溶胶形貌不规则、吸湿性普遍较弱,现有技术较难准确测定矿质气溶胶的吸湿性。

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研究员唐明金的直博生陈兰夏迪,使用蒸汽吸附分析仪测量21种矿质气溶胶的质量随相对湿度(0-90%)的变化,从而定量阐明矿质气溶胶的吸湿性。这21种矿质气溶胶包括14种常见矿物(如石英、长石、石灰石和伊利石等)以及7种来自全球不同地区的实际沙尘(如图1所示)。

研究发现,这21种矿质气溶胶的吸湿性普遍较弱,其中粘土矿物和实际沙尘样品的吸湿性强于其它矿质气溶胶。如图2所示,当相对湿度为90%时,吸附水与干燥状态下颗粒物的质量比(mw/m0)为0.0011(石灰石)至0.3080(蒙脱石),对应的水分子表面覆盖层数(θ)为1.26(白云石)至8.63(吐鲁番降尘)。同时,该研究发现,较大BET比表面积的矿质气溶胶通常具有更强的吸湿性能力,且Frenkel-Halsey-Hill吸附等温线可以较好地描述水分子在矿质气溶胶表面的吸附量随相对湿度的变化。该研究有望提高矿质气溶胶吸湿性的科学认识,有助于阐明矿质气溶胶在大气化学和气候变化中的作用。

11月13日,相关研究成果以On mineral dust aerosol hygroscopicity为题,发表在Atmospheric Chemistry and Physics上。研究工作受到国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目的资助。合作者包括厦门大学副教授简星、广州地化所矿物学与成矿学重点实验室研究员朱建喜和广州地化所有机地球化学国家重点实验室研究员王新明等。

论文链接

图1.(a)非洲和(b)亚洲实际沙尘样品采样点的地理分布

图2.(a)mw(90%)/m0与矿物样品BET比表面积的关系;(b)θ(90%)与矿物样品粒径的关系


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