基本信息
- 项目名称：
- 兰州市春季大气降尘中正构烷烃及其来源研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 兰州市是一个地理环境、产业结构特殊并受重工业污染的城市，受到多种类型的大气污染并且不易扩散。本课题分析兰州市春季大气沉降尘中有机质正构烷烃(n-alkanes)含量及其组，结果表明，降尘中正构烷烃分布主要有三种类型：单峰后峰型、双峰后峰型、双峰前峰型。结合各采样点的GC-MS图谱，兰州春季大气颗粒物中有机质主要来源于陆生高等植物和人类活动源，人类活动源贡献率递减顺为：城关区、西固区、榆中郊区。
- 详细介绍：
- 兰州市是一个地理环境、产业结构特殊并受重工业污染的城市，受到多种类型的大气污染并且不易扩散。本课题通过对兰州市春季大气沉降尘中有机质正构烷烃(n-alkanes)含量及其组成的分析，结果表明，降尘中正构烷烃分布主要有三种类型：单峰后峰型、双峰后峰型、双峰前峰型。兰州市春季产生的大气颗粒物中有机质主要来源于陆生高等植物和人类活动源，如燃煤、油制品的不完全燃烧、汽车尾气的排放以及烧烤、餐饮等无组织排放源。从各采样点的正构烷烃图谱中也可以明显反映出兰州市春季人类活动源有较大的贡献率，其递减顺为：城关区、西固区、榆中郊区。春季沙尘暴频繁发生，风及降雨雪等气象因素对正构烷烃的分布也有较大的影响。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- （1）测定兰州市大气降尘中正构烷烃含量，揭示了兰州春季空气受大气颗粒物污染的程度及其空间分布规律，为兰州市大气颗粒物污染控制、产业结构调整、城市布局等提供技术支撑。 （2）针对兰州市大气污染状况，选择西固区、城关区和榆中郊区为研究区域，用GC-MS分析测试技术对降尘正构烷烃进行测试分析，研究兰州市春季降尘正构烷烃污染现状、主要污染来源及变化趋势，并探讨了沙尘天气对颗粒物中正构烷烃特征的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 高碳数正构烷烃性质较稳定，易被大气颗粒物吸附，自身具有较大毒性并且易与其他物质结合或发生反应生成毒性更大的污染物。作品于2010年春季3、4月期间在兰州市西固区、城关区和榆中郊区采集大气降尘样品，采用高性能高精准度高灵敏度的GC-MS分析测试技术，研究降尘中正构烷烃分布特征。兰州春季受沙尘暴污染严重，期间降尘中正构烷烃空间分布规律如何，浓度是否有所减少，人为源及生物源各自的贡献率变化，却少有研究。
应用价值和现实意义
- （1）对正构烷烃浓度及其分布规律的研究有利于判断大气（颗粒物）受污染的程度。 （2）主峰碳(Cmax)、碳优势指数(CPI)等可提供污染源及其重要的地球化学信息，使得它们成为大气颗粒物迁移传输及来源研究中的标志物，即在源解析方面有重大的研究意义。 （3）尽管发达国家已将大气颗粒物研究转为PM10或PM2.5的研究，但在西北干旱地区的省会城市对降尘进行长期全面监测、研究仍有重要现实意义。
学术论文摘要
- 通过对兰州市春季大气沉降尘有机质正构烷烃含量及其组成的分析，正构烷烃分布主要有三种类型：单峰后峰型、双峰后峰型、双峰前峰型。兰州市春季产生的大气颗粒物中有机质主要来源于陆生高等植物和人类活动源，如燃煤、油制品的不完全燃烧、汽车尾气的排放以及烧烤、餐饮等无组织排放源。从各采样点的正构烷烃图谱中也可以明显反映出兰州市春季人类活动源有较大的贡献率，其递减顺为：城关区、西固区、榆中郊区。春季沙尘暴频繁发生，风及降雨雪等气象因素对正构烷烃的分布也有较大的影响。
获奖情况
- （1）作品《兰州市春季大气降尘中正构烷烃特征及其来源研究》是兰州大学2010年“君政基金”科研见习项目的结项论文，该论文已收入兰州大学2010年“君政学者”论文集，作者被授予“君政学者”（李政道先生签字）。 （2）作品荣获兰州大学课外学术作品竞赛自然科学类二等奖。
鉴定结果
- 经兰州大学“君政基金”管理委员会审核，兰州大学资源环境学院团委和校团委推荐。
参考文献
- 主要选用的分析方法：GC-MS分析测试技术 研究及分析测试基础（主要参考文献）： （1）中国科学院地球化学研究所有机地球化学与沉积学研究室.有机地球化学[M].北京：科学出版社，1982：53-111. （2）邓祖琴.兰州市冬季大气颗粒物中有机污染物的分布特征及来源[D].兰州大学，2006. （3）刘欣然.北京大气气溶胶中烃类有机污染物的特征研究[D].中国科学院研究生院，2008. （4）Zheng Mei, Cass Glen R,etal. Source apportionment of PM2.5 in the southeastern United States using solvent-extractable organic compounds as tracers[J].Environmental Science &Technology,2002,36:2361-2371. （5）Kotianova Petra, Puxbaum Hans, etal.Temporal patterns of n-alkanes at traffic exposed and suburban sites in Vienna[J].Atmospheric Environment,2008,42:2993-3005.
同类课题研究水平概述
- 尽管发达国家已将大气污染转为PM10或PM2.5的研究（Zheng Mei etal，2002；Hueglin Christoph etal，2005；Lin J.J etal，2004；Kotianova Petra etal，2008），但降尘等粗颗粒大气污染物的研究在我国部分城市仍有重要的现实意义（姜伟等，2007；杨丽萍等，2002；）。一般意义上的大气降尘是指大气颗粒物中空气动力学直径大于10μm的较大颗粒，受重力作用能在较短时间内沉降到地面的物质的总称，而在高湿度大气或降雨条件下经冲刷、运移等作用能将10μm以下的尘粒降落于地表形成降尘，即降尘中也包含了PM10和PM2.5（谢玉静等，2008；祁士华等，2001）。研究表明，大气降尘的直接和间接危害不容忽视（张国宏等，2007；陈圆圆等，2009）。对大气降尘中有机质正构烷烃的监测，不仅可以判断有机污染物的浓度，也可以解析有机污染物的来源。大气颗粒物中正构烷烃的排放源有多种，人为来源包括化石燃料(汽油、柴油等)和生物质(如木材、农产品残渣和树叶)的不完全燃烧；生物来源则包括高等植物蜡、少量的树脂和在空气中悬浮的花粉、微生物（如细菌、真菌和真菌抱子）、昆虫等（袁杨森等，2007）。由于高碳数正构烷烃的活性和挥发性很低，其组成、分布、Cmax、CPI等特征分子指数和姥鲛烷及萜甾烷系列化合物参数可提供污染源及其重要的生物地球化学信息（袁杨森等，2007；牛红云等，2005；于国光等，2007；张杰等，2009；李全莲等，2009；张枝焕等，2003）。一般来说，对于高成熟度的化石燃料，其燃烧产物中正构烷烃的Cmax较低，同时不具有奇碳数优势，即CPI值也较低；高等植物（维管植物）等现代生物来源的正构烷烃的Cmax则较高，同时具有强的奇碳数优势，即CPI值较高（邓祖琴，2006；刘欣然，2008；袁杨森等，2007；于国光等，2007）。颗粒物粒径越细，正构烷烃越趋向于单峰形分布，碳优势指数越低（周家斌等，2004），即CPI值与粒径大小呈正相关变化趋势，由此可以判断出人为来源污染物主要富集在小颗粒物甚至亚微颗粒物上（Lin J.J etal，2004；Bi Xinhui etal，2005），而生物来源污染物则主要富集在大颗粒物上（Lin J.J etal，2004；牛红云等，2005；于国光等，2007）。
