Kolförbränning från hushållen på landsbygden avger reaktiva bromgaser och partikelformiga halogener. Dagsljusassisterade processer, möjligen med nitrat, aktivera partikelformigt Br för att producera HOBr och BrCl. BrCl produceras också genom reaktion av HOBr med partikelformig Cl under dag och natt. BrCl fotolyseras till Cl- och Br -atomer dagtid. VOC oxideras av Cl -atomer (främst på alkaner) och Br -atomer (främst på aldehyder) för att producera ozon och sekundära aerosoler. Dessutom, Br -atomer påskyndar kvicksilveravsättningen avsevärt nära källan. Bakgrundsfotot visar den närliggande byn och mätplatsens läge. Kredit:Chenglong Zhang och Pengfei Liu; RCEES, CAS
Halogenatomer (Cl och Br) påverkar starkt den atmosfäriska kemiska sammansättningen. Sedan 1970 -talet har forskare upptäckte att dessa atomer var ansvariga för utarmning av ozon i stratosfären och marknära ozon i Arktis. Under det senaste decenniet har Det växer fram ett erkännande av att halogenatomer också spelar viktiga roller i troposfärisk kemi och luftkvalitet. Dock, kunskapen om halogenatomer i kontinentala regioner är fortfarande ofullständig.
"I troposfären, halogenatomer kan starta kolväteoxidation som gör ozon, ändra oxidationskapaciteten, stör kvicksilveråtervinning genom att oxidera elementärt kvicksilver (Hg 0 ) till en mycket giftig form (HgII). Dessutom, Cl -atomer kan ta bort metan, ett klimat-tvångsmedel. De flesta av de tidigare studierna i kontinentalregionerna fokuserade på två Cl -prekursorer, ClNO 2 och Cl 2 . Dock, lite är känt om överflöd och roll av bromföreningar och andra former av fotolerbara halogener i den förorenade kontinentala troposfären, "sa Tao Wang, en ordförandeprofessor vid The Hong Kong Polytechnic University (HKPU).
Ett team av kinesiska forskare från HKPU, Fudan universitet, Research Center of Eco-Environmental Sciences vid den kinesiska vetenskapsakademien, Shandong University och Shandong Jianzhu University, mätte en serie reaktiva halogengaser och andra kemikalier vintern 2017 på en förorenad landsbygd i Hebei -provinsen som ofta lider av allvarlig luftföroreningar på vintern. Uppgifterna analyserades av teamet i samarbete med forskare från Colorado State University i USA, Institute of Physical Chemistry Rocasolano från CSIC i Spanien, och Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON i Frankrike.
De fann överraskande höga koncentrationer av bromklorid (BrCl), och andra reaktiva halogengaser. Den maximala koncentrationen av BrCl är 10 gånger större än det värde som tidigare mättes i Arktis. "Så vitt vi vet, endast en tidigare studie observerade BrCl i en, av 50, kolkraftverk i USA. Förutom det, BrCl hade inte rapporterats utanför polarregionerna, "sa Xiang Peng, en doktorand vid HKPU. "Noggrann mätning av reaktiv halogen är mycket utmanande" tillade Weihao Wang, en annan då doktorand vid HKPU, "dessa föreningar har låga koncentrationer, som kräver ett känsligt instrument för att upptäcka deras signaler; de är också svåra att kvantifiera på grund av svårigheter att göra kalibreringsstandarder och för att minska potentiella störningar från andra samexisterande kemikalier i atmosfären och potentiella artefakter i provtagningsintaget. "Ändå, teamet övervann dessa utmaningar via olika tester på plats och efter mätning.
Forskargruppen fann det starka beviset på att kolförbränning på landsbygden var en viktig källa till de detekterade reaktiva halogenerna genom att analysera deras förhållande till två spår av kolförbränning (svaveldioxid och selen), luftföroreningarnas dagliga mönster, och byborns energianvändningspraxis. De hittade också en viktig dagtidskemisk process, delvis från fotolys av nitrat, som skulle kunna omvandla insatshalogenider till reaktiva halogengaser (HOBr och BrCl) för att upprätthålla sina höga dagtidskoncentrationer trots kort livstid för BrCl från solljusfoto-dissociation.
Teamet byggde sedan en modell som innehåller den mest aktuella halogengasfaskemin och simulerade effekten av den observerade fotolerbara BrCl, Cl 2 , ClNO 2 , Br 2 på oxidationskapaciteten som driver produktionen av föroreningar såsom ozon och partiklar. Deras resultat visar att BrCl bidrog med cirka 55% av både brom (Br) och klor (Cl) atomer. Halogenatomerna (från BrCl och andra fotolerbara halogener) ökade mängden "konventionella" troposfäriska oxidanter (OH, HO 2 , och RO 2 ) med 26-73%, och ökad oxidation av kolväten med nästan en faktor två och netto ozonproduktionen med 55%. "Så stor ökning av oxidation kan öka produktionen av sekundära organiska och oorganiska aerosoler, som är huvudkomponenterna i dis-orsakande PM 2.5 i norra Kina. Br -atomer från BrCl kan också påskynda produktionen och avsättningen av den giftiga formen av kvicksilver nära källregionerna, "tillade Tao Wang.
Forskarna tror att den betydande påverkan av halogen som demonstreras på deras plats kan existera i andra områden där okontrollerad kolförbränning är utbredd, som andra delar av norra Kina, och i länder som Indien och Ryssland som har en stor andel kol i sin energimix. De efterlyser mer forskning för att bättre förstå källan (erna) och den rumsliga omfattningen av halogenkemins roll i de förorenade kontinentala regionerna. De föreslår också behovet av att kontrollera halogener från kolförbränning, förutom välkänt CO 2 , svavel, kväve, partikelformig, och kvicksilver.
