Масс-спектрометрическое исследование гетерогенных процессов с участием сажи, характерной для верхней тропосферы
Диссертация
Получены результаты расчета для кинетических уравнений системы, состоящей из ионов, нейтральных, положительно и отрицательно заряженных сажевых частиц с учетом расширения струи самолета, ион-ионной рекомбинации и взаимодействия сажевых частиц с ионами. Определены величины концентраций ионов на выходе из камеры сгорания самолета nt < 1.2−108 слГ3, которые наилучшим образом описывают… Читать ещё >
Список литературы
- Лопцова Г. А., Морозов И. И. Тропосферные аэрозоли, их физико-химические свойства, происхождение и влияние на климат // Экологическая химия. — 2005. — Том 14, № 1. — С. 11−46.
- Shen T.-L., Wooldridge P.J. and Molina, M.J. Stratospheric pollution and ozone depletion // in Composition, Chemistry, and Climate of the Atmosphere, edited by H.B. Singh. Van Nostrand New York, 1995. — P. 394−442.
- Гетерогенная химия атмосферы / Под ред. Д. Р. Шрайера. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-391 с.
- Ивлев Л. С., Довгалюк Ю. А. Физика атмосферных аэрозольных систем. СПб.: НИИХ СПбГУ, 2000. — 258 с.
- Кэйдл Р. Твердые частицы в атмосфере. М.: Прогресс, 1969. — 284 с.
- Ивлев Л. С. Микроструктурные особенности аэрозолей вулканического происхождения // Оптика атмосферы и океана. 1996. № 9. — С. 1039−1057.
- Непреднамеренные воздействия на климат / Под ред. М. И. Будыко. -Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 260 с.
- Kaufmann Y.J., Tanre D. and Boucher О. A satellite view of aerosols in the climate system // Nature. 2002. — Vol. 419. — P. 215−222.
- Передвижная обсерватория ТРОЙКА и наблюдения состава атмосферы над Россией / Под ред. Н. Ф. Еланского. Москва, 2006. — 44 с.
- Энергия и климат: Сборник статей / Пер. с англ. под ред. Г. В. Груза, С. С. Хмелевцева. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. — 303 с.
- Детри Ж. Атмосфера должна быть чистой. М.: Прогресс, 1973.379 с.
- Стыро В.И. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязнений. JL: Гидрометеоиздат, 1968. — 288 с.
- Ивлев JT.C. Структурные и оптические характеристики морских аэрозолей // Прикладные вопросы физики атмосферы. 1989. — С. 113−121.
- Ивлев Л.С., Дмоховский В.И, Иванов В. А. и Соломатин В. К. Аэрозольные исследования в экспедиции «Беринг» // Тр. Гл. геофиз. Обсерв. -1975. вып. 363.-С. 37−43.
- Кондратьев К. Я. Химия атмосферы и климат // Успехи химии. -1990. Том 59, вып. 10. С. 1587−1600.
- Розенберг Г. В. О природе аэрозольного поглощения в коротковолновой области спектра // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1979. Том 15. № 12. — С. 1280−1291.
- Кондратьев К.Я., Москаленко Н. И., Скворцова С. Я., Федоров Ю. И., Якупова Ф. С. и Гусев С.В. Моделирование оптических характеристик сажевого аэрозоля // Докл. АН СССР. 1987. Том 296. — С. 314−317.
- Козлов B.C., Панченко М. В. и Тумаков А.Г. О влиянии режима сжигания углеводородных топлив на оптические свойства дымовых аэрозолей // Оптика атмосферы и океана. 1993. Том 6. № 10. — С. 1278−1288.
- Питток Б., Акермен Г., Крутцен П., Мак-Кракен М., Шапиро Ч. и Турко Р. Последствия ядерной войны: Физические и атмосферные эффекты /
- Пер. с англ. под ред. Дородницына А. А. и Стенчикова Г. Л. М.: Мир, 1988. -75 с.
- Иелев Л. О. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1982.-366 с.
- Брасъе Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-413 с.
- Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. -N.Y.: Wiley, 1998. 26 p.
- Гершензон Ю.М., Пурмалъ А. П. Гетерогенные процессы в земной атмосфере и их экологические последствия // Успехи химии. 1990. — Т. 59. Вып. 11.-С. 1729−1756
- Solomon Р.А., Fall Т., Salmon L., Cass G.R., Gray H.A. and Davidson A. Chemocal characteristics of РМю aerosols collected in the Los Angeles area // J. Air Pollut. Control Assoc. 1989. — Vol. 39. — P. 154- 163.
- Чертков Я.Б., Большаков Г.Ф. u Гулин Е. И. Топлива для реактивных двигателей. Л.: Недра, 1964. — 225 с.
- Zook Cynthina Т. Aviation gasoline issues and answers // SAE Techn. Pap. 1983.-№ 830 705.-P. 8.
- Чертков Я.Б. Моторные топлива. Новосибирск: Наука, 1987. — 208с.
- Wiesen P., Kleffmann J. and Kurtenbach R. Emission of atmospheric pollutants from aero engines. Global atmospheric change and its impact on regional air quality // Edited by Barnes I. Kluwer Academic Publishers. 2002. — P. 59−64.
- Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г. u Мизити А. Введение в экологическую химию. М.: Высшая школа, 1994. — 400 с.
- Seinfeld J.H. Clouds, contrails and climate // Nature. -1998. Vol. 391. -P. 837−838.
- Boucher O. Air traffic may increase cirrus cloudiness // Nature. Vol. 397.-P. 30−31.
- DeMott P.J., Rogers D.C. and Kreidenweis S.M. The susceptibility of ice formation in upper tropospheric clouds to insoluble aerosol components // J. Geophys. Res. 1997. — Vol. 102. — P. 19 575−19 584.
- Arnold F., Stilp Т., Busen R. and Schumann U. Jet engine exhaust chemiion measurements: Implications for gaseous SO3 and H2S04 // Atmos. Environ. Vol. 32 (18). — P. 3073−3077.
- Chen Y., Kreidenweis S.M., Mclnnes L.M., Rogers D.C. and DeMott P.J. Single particles analyses of ice nucleating aerosols in the upper troposphere and lower stratosphere // Geophys. Res. Lett. 1998. — Vol. 25 (9). — P. 1391−1394.
- Brown R.C., Miake-Lye R.C., Anderson M.R., Kolb C.E. and Resch T.J. Aerosol dynamics in near-field aircraft plumes // J. Geophys. Res.-Atmos. 1996. -Vol. 101 (D17).-P. 22 939−22 953.
- Karcher B. Aircraft-generated aerosols and visible contrails // Geophys. Res. Lett. 1996. — Vol. 23 (15). — P. 1933−1936.
- Petzold A., Strom J., Ohlsson S. and Schroder F.P. Elemental composition and morphology of ice-crystal residual particles in cirrus clouds and contrails // Atmos. Research. 1998. — Vol. 49. — P. 21−34.
- Karcher В., Peter Th., Biermann U.M. and Schumann U. The initial composition of jet condensation trails // J. Atmos. Science. 1996. — Vol. 53. — P. 3066−3075.
- Fangqun Y, Turco R.P. and Karcher B. The possible role of organics in the formation and evolution of ultrafine aircraft particles // J. Geophys. Res. 1996. — Vol. 104 (D4). — P. 4079−4087.
- Sheridan P.J., Brock С. A. and Wilson J.C. Aerosol particles in the upper troposphere and lower stratosphere: Elemental composition and morphology of individual particles in northern midlatitude // Geophys. Res. Lett. 1994. — Vol. 21. -P. 2587−2590.
- Hagen D.E., Podzimek J., Heymsfield A.J., Trueblood M.B. and Lutrus C.K. Potential role of nuclei in cloud element formation at high altitude // Atmos. Res.-1994. Vol. 31.-P. 123−135.
- Heintzenberg J., Okada K. and Strom J. On the composition of nonvolatile material in upper tropospheric aerosols and cirrus crystals // Atmos. Res. 1996. -Vol. 41.-P. 81−88.
- Chatfield R.B. Anomalous HN03/N0X ratio of remote tropospheric air: Conversion of nitric acid to formic acid and NOx? // Geophys. Res. Lett. 1994. -Vol.21 (24).-P. 2705−2708.
- Rahmes T.F., Omar A.H. and Wuebbles D.J. Atmospheric distributions of soot particles by current and future aircraft fleets and resulting radiative forcing on climate // J. Geophys. Res. Atmos. — 1998. — Vol. 103 (D24). — P. 31 657−31 667.
- Михайлов Е.Ф., Власенко C.C., Киселев А. А. и Рышкевич Т.И. Факторы структурной изменчивости частиц сажи // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1998. — Том 34 (3). — С. 345−356.
- Popovicheva О.В., Persiantseva N.M., Loukhovitskaya Е.Е., Shonija N.K., Zubareva N.A., Demirdjian В., Ferry D. and Suzanne J. Aircraft engine soot as contrail nuclei // Geophys. Res. Lett. 2004. — Vol. 31 (11). — LI 1104.
- Petzold A. and Schroder F.P. Jet engine exhaust aerosol characterization // Aerosol Sci. Technol. 1998. — Vol. 28 — P. 62−76.
- Маритенко Н.И., Чертков Я. Б. и Пискунов В.А. Нагарообразование в воздушно-реактивных двигателях // Химия и технология топлив и масел. -1964. Том 1.-С. 51−55.
- Munoz MS.S. and Rossi M.J. Heterogeneous reactions of HN03 with flame soot generated under different combustion conditions. Reaction mechanism and kinetics // Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. — Vol. 4 (20) — P. 5110- 5118.
- Maria S.F., Russell L.M., Turpin B.J. and Porcja R.J. FTIR measurements of funcional groups and organic mass in aerosol samples over the Caribbean // Atmospheric Environment. 2002. — Vol. 36.-P. 5185−5196.
- Penner J., Lister D.H., Griggs D.J., Dokken D.J. and McFarland M. Aviation and the global atmosphere: a special report of IPCC working groups I and III // Cambridge University Press, ISBN 0−521−66 404−79. 1999.
- Irie #., Kondo Y/. Koike M., Takegawa N., Tabazadeh A., Reeves J.M., Sachse G. W., Vay S.A., Anderson B.E. and Mahoney M.J. Liquid ternary aerosols of HNO3/H2SO4/H2O in the Arctic tropopause region // Geophys. Res. Lett. 2004. -Vol.31.-L01105.
- German Aerospace Center), Oberpfaffenhofen and Cologne, Germany. P. 323 328.
- Ravishankara A.R. and Longfellow C.A. Reactions on tropospheric condensed matter: plenary lecture // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. Vol. 1. — P. 5433−5441.
- Hanson D.R. and Lovejoy E.R. Heterogeneous reactions in liquid sulfuric acid: HOCI + HC1 as model system // J. Phys. Chem. 1996. — Vol. 100. — P. 63 976 405.
- Keyser L.F., Moore S.B. and Leu M.T. Surface reaction and pore diffusion in flow-tube reactors // J. Phys. Chem. 1991. — Vol. 95. — P. 5496−5502.
- Kirchner U., Scheer V. and Vogt R. FTIR spectroscopic investigation of the mechanism and kinetics of the heterogeneous reactions of N02 and HN03 with soot//J. Phys. Chem. A.-2000. Vol. 104 (39)-P. 8908−8915.
- Wolfrum J., Volpp H.-R., Rannacher R. And Wamatz J. Gas Phase Chemical Reaction Systems: Experiments and Models 100 Years After Max Bodenstein. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1996. — 346 p.
- Lary D.J., Lee A.M., ToumiR., Newchurch M.J., Pirre M. andRenard J.B. Carbon aerosols and atmospheric photochemistry // J. Geophys. Res. 1997. — Vol. 102.-P. 3671−3682.
- Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т. и JIucc П. Введение в химию окружающей среды. М.: Мир, 1999. — 272 с.
- Akhter M.S., Chugtai A.R. and Smith D.M. The structure of hexane soot I: Spectroscopic studies // Appl. Spectrosc. 1985. — Vol. 39. — P. 143−153.
- Chugtai A. R, Gordon S.A. and Smith D.M. Kinetics of the hexane soot reaction with N02/N204 at low concentration // Carbon. 1994. — Vol. 32. — P. 405 416.
- Tabor K., Gutzwiller L. and Rossi M.J. Heterogeneous chemical kinetics of NO2 on amorphous carbon at ambient temperature // J. Phys. Chem. 1994. -Vol. 98.-P. 6172−6186.
- Rogaski C.A., Golden DM. and Williams L.R. Reactive uptake and hydration experiments on amorphous carbon treated with N02, S02, 03, HN03, and H2S04II Geophys. Res. Lett. 1997. — Vol. 24 — № 4 — P. 381−384.
- Harrison R.M., Peak J.D. and Collins G.M. Tropospheric cycle of nitrous acid//J. Geophys. Res.-1996.-Vol. 101.-P. 14 429−14 439.
- Calcert J.G., Yarwood G. and Dunker A.M. An evaluation of the mechanism of nitrous acid formation in the urban atmosphere // Res. Chem. Intermed. 1994. — Vol. 20. — P. 463−502.
- Longfellow C.A., Ravishankara A.R. and Hanson D.R. Reactive uptake on hydrocarbon soot: Focus on N02 // J. Geophys. Res. 1999. — Vol. 104 (D11) — P. 13 833−13 840.
- Gerecke A., Thielmann A., Gutzwiller L. and Rossi M.J. The chemical kinetics of HONO formation resulting from heterogeneous interaction of NO2 with flame soot // Geophys. Res. Lett 1998. — Vol. 25. — P. 2453−2456.
- Starik A.M., Savel’ev A.M., Titova N.S. and Schumann U. Modeling of sulfur gases and chemiions in aircraft engines // Aerosp. Sci. Technol. 2002. -Vol. 6-P. 63−81.
- Aubin D.G. and Abbatt J.P. Adsorption of gas-phase nitric acid to n-hexane soot: thermodynamics and mechanism // J. Phys. Chem. A. 2003. — Vol. 107-P. 11 030−11 037.
- Longfellow C.A., Ravishankara A.R. and Hanson D.R. Reactive and nonreactive uptake on hydrocarbon soot: HNO3, O3 and N2Os II J. Geophys. Res. -2000. Vol. 105 (D19) — P. 24 345−24 350.
- Bedjanian Y., Lelievre S. and Le Bras G. Experimental study of the interaction of HO2 radicals with soot surface // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. Vol. 7.-P. 334−341.
- Bekki S. On the possible role of aircraft-generated soot in the middle latitude ozone depletion//J. Geophys. Res. 1997. — Vol. 102. — P. 10 751−10 758.
- Fahey D. W, Keim E.R., Woodbridge E.L., Gao R.S., Boering K.A., Daube
- Gao R.S., Karcher В., Keim E.R. and Fahey D.W. Constraining the heterogeneous loss of O3 on soot particles with observations in jet engine exhaust plumes // Geophys. Res. Lett. 1998. — Vol. 25 (17). — P. 3323−3326.
- O’Donnell S., WengerJ., Sidebottom H., Mellouki W., Le Calve S. and Le Bras G. A kinetic study of the reactions of OH radicals with esters and alkoxy esters // Proceedings of EUROTRAC 2 Symposium '98. WITpress, Southampton. -1999.-P. 124−126.
- Chadwick P., Treacy J. and Sidebottom H. Kinetic studies on the reaction of OH radicals with aromatic compounds // Proceedings of EUROTRAC 2 Symposium '98. WITpress, Southampton. 1999. — P. 133−137.
- Гершензон Ю.М., Звенигородский С. Г. и Розенштейн В.Б. Химия радикалов ОН и НО2 в земной атмосфере // Успехи химии. 1990. — Том 59.1. C.1601−1626.
- Brown R.L. Tubular flow reactors with first-order kinetics // J. Res. Natl. Bur. Stand. 1978. — Vol. 83. — P. 1−8.
- Rudich Y., Talukdar R.K., Imamura Т., Fox R.W., Ravishankara A.R. Uptake of N03 on KI solution: rate coefficient for the NO3 + Г reaction and gas-phase diffusion coefficients for N03 // Chem. Phys. Let. 1996. — Vol. 261. — P. 467−473.
- Hanson D.R., Burkholder J.B., Howard C.J. and Ravishankara A.R. Measurement of OH and HO2 radical uptake coefficients on water and sulfuric-acid surface I I J. Phys. Chem. 1992. — Vol. 96 — № 12 — P. 4979−4985.
- Эмануэль H.M., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1962. — 414 с.
- Talukdar R.K., Gierczak Т., McCahe D.C. and Ravishankara A.R. Reaction of hydroxyl radical with acetone. 2. Products and reaction mechanism // J. Phys. Chem. A 2003. — Vol. 107 — № 25 — P. 5021−5032.
- Huey L.G., Hanson D.R. and Howard C.J. Reactions of SF^ and Г with atmospheric trace gases // J. Phys. Chem. 1995. — Vol. 99 — P. 5001−5008.
- Longfellow C.A., Imamura Т., Ravishankara A.R. and Hanson D.R. HONO solubility and heterogeneous reactivity // J. Phys. Chem. A. 1998. — Vol. 102 — P. 3323−3332.
- Handbook of chemistry and physics, 78th edition / Editor-in-Chief D.R. Lide / N.Y.- CRC Press, 1997−1998. 2460 p.
- Burkholder J.B., Talukdar R.K., Ravishankara A.R. and Solomon S. Temperature dependence of the HNO3 UV absorption cross-sections // J. Geophys. Res. — Atmos. — 1993. — Vol. 98 (D12) — P. 22 937−22 948.
- Киселев A.B., Лыгин В. И. Инфракрасные спектры поверхностных соединений и адсорбированных веществ. М.: Наука, 1972. — 459 с.
- Методические указания по турбодиметрическому определению серы в растениях. М.: ЦИНАО, 1986. С. 9.
- Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. — 568с.
- Abbatt J.P.D. Interaction of HNOj with water-ice surfaces at temperatures of the free troposphere // Geophys. Res. Lett. 1997. — Vol. 24 — P. 1479−1482.
- Muenter A.H. and Koehler B.G. Adsorption of ammonia on soot at low temperatures // J. Phys. Chem. 2000. — Vol. 104 — P. 8527−8534.
- Koehler B.G., Nicholson V.T., Roe H.G. and Whitney E.S. A Fourier transform infrared study of the adsorption of S02 on n-hexane soot from -130 degrees to -40 degrees С // J. Geophys. Res. 1999. — Vol. 104 — P. 5507−5514.
- Jaroniec M.R. Physical adsorption of heterogeneous solids. -Amsterdam: Elsevier, 1998.
- Прикладная инфракрасная спектроскопия. Под ред. Д. Кендалла. Пер. с англ. под ред. Ю. А. Пентина. М.: Мир, 1970. С. 376.
- Talukdar R.K., Loukhovitskaya Е.Е., Popovicheva О.В. and Ravishankara A.R. Uptake of HNO3 on hexane and aviation kerosene soots // J. Phys. Chem. A. -2006. Vol. 110 — P. 9643−9653.
- Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. М.: Издатинлит, 1948. — 783с.
- Kleffmann J. and Wiesen P. Heterogeneous conversion of NO2 and NO on HNO3 treated soot surfaces: atmospheric implications // Atmosph. Chem. and Phys. -2005. Vol. 5 — P. 77−83.
- Saathoff #., Naumann K.H., Riemer N., Kamm S., Mohler O., Schurath U., Vogel H. and Vogel B. The loss ofM92, HN03, N03lN205, and H02IH00N02 on soot aerosol: A chamber and modeling study // Geophys. Res. Lett. 2001. — Vol. 28-№ 10-P. 1957−1960.
- Choi W. and Leu M.T. Nitric acid uptake and decomposition on black carbon (soot) surfaces: Its implications for the upper troposphere and lower stratosphere // J. Phys. Chem. A. -1998. Vol. 102 (39) — P. 7618−7630.
- Prince A.P., Wade J.L., Grassian V.H., Kleiber P.D. and Young M.A. Heterogeneous reactions of soot aerosols with nitrogen dioxide and nitric acid: atmospheric chamber and Knudsen cell studies // Atmospheric Environment 2002. -Vol. 36-P. 5729−5740.
- Disselkamp R.S., Carpenter M.A. and Cowin J.P. A chamber investigation of nitric acid-soot aerosol chemistry at 298 К // J. Atmosph. Chem. -2000. Vol. 37 (2) — P. 113- 123.
- Schwartz D., Gadiou R., Brilhac J.-F., Prado G. and Martinez G. A kinetic study of the decomposition of spent sulfuric acids at high temperature // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. — Vol. 39 — P. 2183−2189.
- Yu F.Q. and Turco R.P. The role of ions in the formation and evolution of particles in aircraft plumes // Geophys. Res. Lett. 1997. — Vol. 24 (15) — P. 1927−1930.
- Karcher В., Yu F.Q., Schroder F.P. and Turco R.P. Ultrafine aerosol particles in aircraft plumes: Analysis of growth mechanisms // Geophys. Res. Lett. -1998. Vol. 25 (15) — P. 2793−2796.
- Ohta S., Hori M., Murao H., Yamagata S. and Gast К. II J. Global Environ. Eng. 1996. — Vol. 5 — P. 67−78.
- Popovicheva O.B., Persiantseva N.M., Starik A.M. and Loukhovitskaya E.E. Ion-soot interaction: a possible mechanism of ion removal in aircraft plume // J. Environ. Monit. 2003. — Vol. 5 — P. 265−268.
- Hoppel W.A. Electrical processes atmospheres. Ed. Dolezalek H. and Reiter R., Dietrich Stemkoff Verlag, Darmstadt, 1977, pp. 60−69.
- Beig G. and Brasseur G.P. Model of tropospheric ion composition: A first attempt I I J. Geophys. Res.-Atmos. 2000. — Vol. 105 (D18) — P. 2 267 122 684.
- Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969.824 с.
- Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. — 512 с.
- Wohlform К.Н., Eichkorn S., Arnold F. and Schulte P. Massive positive and negative ions in the wake of a jet aircraft: Detection by a novel aircraft-based large ion mass spectrometer (LIOMAS) // Geophys. Res. Lett. 2000. — Vol. 27 (23).-P. 3853−3856.
- ГореликД.О. и Конопелъко JI.А. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов, аэро-аналитические измерения. М.: Издательство стандартов, 1992. — 432 с.
- Minnis P., Ayers J.К. and Weaver S.P. Surface-based observations of contrail occurrence frequency over the US, April 1993 April 1994 // NASA reference publication 1404, National Aeronautics and Space Administration, Hampton, VA, USA, 1997. — 79 p.
- Sassen K. Contrail-cirrus and their potential for regional climate change // Bulletin of the American Meteorological Society. 1997. — Vol. 78. — P. 18 851 903.
- DeMott P. J., Chen K, Kreidenweis S.M., Rogers D.C. and Sherman D.E. Ice formation by black carbon particles // Geophys. Res. Lett. 1999. — Vol. 26. — P. 2429−2432.
- Gleistmann G. and Zellner R. A modeling study of the formation of cloud condensation nuclei in the jet regime of aircraft plumes // J. Geophys. Res.-Atmos. -1998.-Vol. 103.-P. 19 543−19 555.