Các nguyên tử halogen (Cl và Br) ảnh hưởng mạnh mẽ đến thành phần hóa học trong khí quyển. Từ những năm 1970, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những nguyên tử này là nguyên nhân gây ra sự suy giảm ôzôn ở tầng bình lưu và tầng ôzôn trên mặt đất của Bắc Cực. Trong thập kỷ qua, người ta đã nhận ra rằng các nguyên tử halogen cũng đóng vai trò quan trọng trong hóa học tầng đối lưu và chất lượng không khí. Tuy nhiên, kiến thức về nguyên tử halogen ở các vùng lục địa vẫn chưa đầy đủ.
Chú thích
Đốt than từ các hộ gia đình nông thôn thải ra khí brom phản ứng và halogen dạng hạt. Các quá trình ban ngày có sự hỗ trợ của ánh sáng mặt trời, có thể liên quan đến nitrat, kích hoạt Br dạng hạt để tạo ra HOBr và BrCl. BrCl cũng được tạo ra do phản ứng của HOBr với Cl dạng hạt trong ngày và đêm. BrCl bị quang phân thành nguyên tử Cl và Br vào ban ngày. VOC bị oxy hóa bởi nguyên tử Cl (chủ yếu trên ankan) và nguyên tử Br (chủ yếu trên andehit) để tạo ra ozon và sol khí thứ cấp. Hơn nữa, các nguyên tử Br làm tăng tốc đáng kể sự lắng đọng thủy ngân gần nguồn. Ảnh nền cho thấy ngôi làng gần đó và vị trí của địa điểm đo đạc. (Nguồn ảnh: Chenglong Zhang và Pengfei Liu; RCEES, CAS).
“Trong tầng đối lưu, các nguyên tử halogen có thể bắt đầu quá trình oxy hóa hydrocacbon tạo ra ozon, thay đổi khả năng oxy hóa, làm xáo trộn quá trình tái chế thủy ngân bằng cách oxy hóa thủy ngân kim loại (Hg0) thành dạng có độc tính cao (Hg2+). Hơn nữa, các nguyên tử Cl có thể loại bỏ metan, khí hậu -các chất gia cố. Hầu hết các nghiên cứu trước đây ở các vùng lục địa Trung Quốc đều tập trung vào hai tiền chất Cl là ClNO2 và Cl2. Tuy nhiên, ít người biết đến sự phong phú và vai trò của các hợp chất brom và các dạng halogen có thể quang hóa khác trong tầng đối lưu lục địa bị ô nhiễm “, Tao Wang, giáo sư chủ nhiệm tại Đại học Bách khoa Hồng Kông (HKPU) cho biết.
Một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc từ HKPU, Đại học Phúc Đán, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Môi trường Sinh thái của Học viện Khoa học Trung Quốc, Đại học Sơn Đông và Đại học Sơn Đông Jianzhu, đã đo một loạt các khí halogen phản ứng và các hóa chất khác vào mùa đông năm 2017 tại một khu vực nông thôn ô nhiễm ở tỉnh Hà Bắc, nơi thường xuyên bị ô nhiễm không khí nghiêm trọng vào mùa đông. Dữ liệu được phân tích bởi nhóm nghiên cứu với sự hợp tác của các nhà khoa học từ Đại học Bang Colorado ở Mỹ, Viện Hóa lý Rocasolano thuộc CSIC ở Tây Ban Nha, và Đại học Lyon, Đại học Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON ở Pháp.
Họ đã tìm thấy nồng độ bromua clorua (BrCl) và các khí halogen phản ứng cao một cách đáng ngạc nhiên. Nồng độ tối đa của BrCl lớn hơn 10 lần so với giá trị đo trước đó ở Bắc Cực. “Theo hiểu biết của chúng tôi, chỉ có một nghiên cứu trước đây quan sát thấy BrCl ở một trong số 50 nhà máy nhiệt điện than ở Hoa Kỳ. Ngoài ra, BrCl đã không được báo cáo bên ngoài các vùng cực.” Xiang Peng, một sinh viên tốt nghiệp tại HKPU cho biết. Weihao Wang, một sinh viên mới tốt nghiệp tại HKPU, cho biết thêm: “Việc đo lường chính xác các halogen phản ứng là rất khó khăn,“ những hợp chất này ở nồng độ thấp, đòi hỏi một thiết bị nhạy cảm để phát hiện tín hiệu của chúng;
Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng mạnh mẽ cho thấy việc đốt than ở nông thôn là nguồn chính của các halogen phản ứng được phát hiện bằng cách phân tích mối quan hệ của chúng với hai chất gây cháy than (sulfur dioxide và selen), mô hình ban ngày của các chất ô nhiễm không khí và thực hành sử dụng năng lượng của người dân trong làng. Họ cũng phát hiện ra một quá trình hóa học quan trọng vào ban ngày, một phần từ quá trình quang phân nitrat, có thể chuyển đổi các halogen chèn thành khí halogen phản ứng (HOBr và BrCl) để duy trì nồng độ ban ngày cao mặc dù thời gian tồn tại ngắn của BrCl từ sự phân ly quang ánh sáng mặt trời.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình chứa hầu hết hóa học pha khí halogen cập nhật và mô phỏng tác động của BrCl, Cl2, ClNO2, Br2 có thể quang hóa quan sát được đối với khả năng oxy hóa dẫn đến sản sinh ra các chất ô nhiễm như ozone và các hạt. Kết quả của họ cho thấy BrCl đóng góp khoảng 55% cả nguyên tử brom (Br) và clo (Cl). Các nguyên tử halogen (từ BrCl và các halogen có thể quang điện khác) đã làm tăng sự phong phú của các chất oxy hóa đối lưu ‘thông thường’ (OH, HO2 và RO2) lên 26-73%, và tăng cường quá trình oxy hóa hydrocacbon lên gần gấp đôi và sản xuất ozon ròng tăng 55%. “Sự gia tăng quá trình oxy hóa lớn như vậy có thể thúc đẩy sản xuất sol khí hữu cơ và vô cơ thứ cấp, những thành phần chính của PM2.5 gây khói mù ở miền bắc Trung Quốc.
Các nhà nghiên cứu tin rằng tác động đáng kể của halogen được chứng minh tại địa điểm của họ có thể tồn tại ở các khu vực khác, nơi phổ biến việc đốt than không kiểm soát, chẳng hạn như các khu vực khác của miền bắc Trung Quốc và ở các quốc gia như Ấn Độ và Nga có tỷ trọng than lớn trong năng lượng của họ pha trộn. Họ kêu gọi nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn (các) nguồn và phạm vi không gian về vai trò của hóa học halogen trong các vùng lục địa ô nhiễm. Họ cũng đề xuất sự cần thiết phải kiểm soát các halogen từ việc đốt than, ngoài CO2, lưu huỳnh, nitơ, hạt và thủy ngân đã được công nhận.
Nguồn SCIENCE CHINA PRESS
Xem bài viết:
Xiang Peng, Weihao Wang, Men Xia, Hui Chen, AR Ravishankara, Qinyi Li, Alfonso Saiz-Lopez, Pengfei Liu, Fei Zhang, Chenglong Zhang, Likun Xue, Xinfeng Wang, Christian George, Jinhe Wang, Yujing Mu , Jianmin Chen, Tao Wang ,. “Một nguồn phản ứng brom và clo lớn ở lục địa có tác động đáng kể đến chất lượng không khí vào mùa đông.” Tạp chí Khoa học Quốc gia ,
https: / / doi. org / 10. 1093 / nsr / nwaa304
Để lại bình luận