Mehr Wasser

npj Climate and Atmospheric Science Band 6, Artikelnummer: 20 (2023) Diesen Artikel zitieren

677 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die Umsetzung von Maßnahmen zur Reduzierung der Luftverschmutzung hat die Konzentration atmosphärischer Feinstaubpartikel (PM2,5) in Peking erheblich reduziert, wobei die Maßnahmen zur Umwandlung von „Kohle in Gas“ eine entscheidende Rolle spielen könnten. Allerdings ist die Auswirkung dieser Umwandlungsmaßnahme auf Braunkohlenstoff (BrC) nicht genau bekannt. Hier wurde die chemische Zusammensetzung von BrC in der humusähnlichen Fraktion (HULIS-BrC) und der wasserunlöslichen Fraktion (WI-BrC) für PM2,5-Umgebungsproben charakterisiert, die in Peking vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlung gesammelt wurden messen. Nach der Konvertierungsmaßnahme stieg die Anzahl der HULIS-BrC-Verbindungen um ~14 %, während die Anzahl der WI-BrC-Verbindungen um ~8 % abnahm. Die Intensität von über 90 % der HULIS-BrC-Verbindungen nahm auch nach der Umwandlungsmaßnahme zu, und entsprechend stiegen die O/C-Verhältnisse von CHO- und CHON-Verbindungen in der HULIS-BrC-Fraktion im Allgemeinen mit der Erhöhung der Intensitätsverhältnisse nach/vor der Umwandlungsmaßnahme an. Dies deutet darauf hin, dass es nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme mehr wasserlösliche, stark sauerstoffhaltige BrC-Verbindungen gab. Im Gegenteil, die Intensität von mehr als 80 % der WI-BrC-Verbindungen nahm nach der Umwandlungsmaßnahme ab, und die O/C-Verhältnisse von CHO- und CHON-Verbindungen in der WI-BrC-Fraktion nahmen im Allgemeinen mit der Abnahme der Intensitätsverhältnisse nach/vor ab Konvertierungsmaßnahme, was darauf hinweist, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die wasserunlöslichen, niedrig sauerstoffhaltigen BrC-Verbindungen abnahmen. Diese Arbeit beleuchtet die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung von BrC vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme und legt nahe, dass zukünftige Studien zur Kohleverbrennung von BrC in Wohngebieten und sekundärem BrC weitere Untersuchungen verdienen.

Dunstverschmutzung mit einer hohen Konzentration an Feinstaub (PM2,5) stellt in China ein erhebliches Umweltproblem dar, insbesondere während der Heizperiode im Winter, was zu negativen Auswirkungen auf die Luftqualität und die öffentliche Gesundheit führt1,2,3,4 sowie die möglichen Auswirkungen auf das Klima5,6. Um die Luftverschmutzung einzudämmen, wurden von der Zentralregierung bis hin zu den Kommunalverwaltungen verschiedene gesetzgeberische Maßnahmen ergriffen, darunter der 2013 umgesetzte „Aktionsplan zur Verhütung und Kontrolle der Luftverschmutzung“, das 2016 erlassene „Gesetz zur Verhütung und Kontrolle der Luftverschmutzung“ und einige mehr Regulierungsmaßnahmen, z. B. das „Ungerade-Gerade-Fahrverbot“ und die „gestaffelte Spitzenproduktion“ in vielen Städten. Durch diese Bemühungen hat sich die Luftqualität in Nordchina in den letzten Jahren deutlich verbessert, wobei die jährliche durchschnittliche PM2,5-Konzentration von 86 μg m−3 im Jahr 2013 auf 37 μg m−3 im Jahr 2021 sank. Dennoch kam es weiterhin zu Dunstverschmutzung seltener im Winter in Nordchina, was eine Frage nach dem Übeltäter hinterlässt.

In den letzten Jahren mehren sich die Hinweise darauf, dass die Kohleverbrennung in Wohngebieten eine der Hauptemissionsquellen ist, die für die winterliche Dunstverschmutzung in Nordchina verantwortlich sind1,7,8,9,10,11,12. Beispielsweise wurde festgestellt, dass direkte Emissionen aus der Kohleverbrennung in Wohngebieten an extrem verschmutzten Tagen im Winter 2014 in Shijiazhuang9 25 % des organischen Aerosols (OA) in PM1 und an Tagen mit hoher Verschmutzung im Winter 2014 in Peking 19 % des OA in PM1 ausmachten11. Daher wurde für die Region Peking–Tianjin–Hebei und Umgebung eine Wohnraum-Umstellungsmaßnahme „Kohle zu Gas“ eingeleitet, die den Ersatz von Kohle durch Gas zum Heizen und Kochen in Wohngebieten bis Ende 2018 vorsieht. Folglich Kohle Der Heizverbrauch in Peking sank um über 70 %, von 3,47 Millionen Tonnen im Jahr 2015 auf 0,97 Millionen Tonnen im Jahr 2019 (http://tjj.beijing.gov.cn/), während die Konzentration von PM2,5 von 84,0 μg m sank −3 im Jahr 2015 auf 47,9 μg m−3 im Jahr 2019 im winterlichen Peking (http://sthjj.beijing.gov.cn/). Dies kann die Lichtabsorption von OA beeinflussen, d. h. den lichtabsorbierenden OA-Anteil, der auch als brauner Kohlenstoff (BrC) bekannt ist, und somit die atmosphärischen photochemischen Reaktionen und den Strahlungsantrieb beeinflussen12,13,14,15,16, weil in Wohngebieten Die Kohleverbrennung wurde kürzlich als wichtige BrC-Quelle in China erkannt, insbesondere während der Heizperiode17,18,19. Da die Lichtabsorptionseigenschaften von BrC durch seine chemische Zusammensetzung bestimmt werden, bietet die Maßnahme zur Umwandlung von Kohle in Gas in Wohngebieten eine einzigartige wissenschaftliche Plattform, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie sich die Umwandlungsmaßnahme auf die chemische Zusammensetzung von BrC auswirkt.

In dieser Studie präsentieren wir die detaillierte chemische Charakterisierung verschiedener BrC-Fraktionen in PM2,5-Proben, die im städtischen Peking vor und nach der Umwandlungsmaßnahme „Kohle in Gas“ in Wohngebieten gesammelt wurden, mit gekoppeltem Hochleistungsflüssigkeitschromatographen (HPLC). ein Photodiodenarray (PDA) und ein hochauflösendes Orbitrap-Massenspektrometer (HRMS) sowohl im negativen (ESI−) als auch im positiven Modus der Elektrospray-Ionisation (ESI+). Die Unterschiede in der chromophoren Anzahl, Intensität und dem Oxidationsstatus der humusähnlichen BrC-Fraktion (HULIS-BrC) und der wasserunlöslichen BrC-Fraktion (WI-BrC) werden diskutiert.

Die identifizierten Formeln werden basierend auf ihrer elementaren Zusammensetzung in fünf Hauptverbindungskategorien eingeteilt, darunter CH, CHO, CHN, CHON und S-haltige (CHOS und CHONS). CHO bezieht sich auf Verbindungen, die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffelemente enthalten. Andere zusammengesetzte Kategorien werden analog definiert. Ergänzende Abbildung 1 zeigt die Diagramme von DBE gegenüber der Anzahl der C-Atome für alle zugewiesenen Formeln in HULIS- und WISOC-Fraktionen vor (2015) und nach (2019) der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme, zusammen mit der Referenzgrenzlinie Eigenschaften von Fulleren-ähnlichen Kohlenwasserstoffen mit DBE = 0,9 × C20,21, Kata-PAKs mit DBE = 0,75 × C − 0,520,22 und linearen Polyenen CxHx+220,22. Die Chromophore von BrC weisen eine effiziente Lichtabsorption im UV-Vis-Wellenlängenbereich auf, was eine ununterbrochene Konjugation über einen wesentlichen Teil der Molekülstruktur erfordert. Daher sind Verbindungen mit einem DBE/C-Verhältnis größer als das von Polyenen potenzielle BrC-Chromophore (siehe den schattierten Bereich in der ergänzenden Abbildung 1)20,23. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden vor und nach der Messung insgesamt 9.708 bzw. 11.032 BrC-Chromophore in der HULIS-Fraktion und 11.150 bzw. 10.239 BrC-Chromophore in der WISOC-Fraktion nachgewiesen.

Abbildung 1 zeigt die Anzahl und Intensität verschiedener Chromophorkategorien in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme. In der HULIS-BrC-Fraktion leisten CHON-Chromophore zahlenmäßig den größten Beitrag (>50 % vor und nach der Messung), gefolgt von CHO (~32 %), CHN (~6 %) und S-haltigen (~ 1,5 %). ) Chromophore (Ergänzende Abbildung 2). Für CHON-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion wurden im ESI+-Modus mehr erkannt als im ESI−, und für CHO-Chromophore wurden im ESI−-Modus mehr identifiziert. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit einer früheren Studie von Lin et al.24 zu HULIS in der Perlflussdeltaregion, China. Im Gegensatz zur Zahlenverteilung war die Intensität der CHON- und CHO-Chromophore im ESI-Modus höher als im ESI +-Modus. In der WI-BrC-Fraktion haben CHON-Chromophore auch zahlenmäßig den größten Beitrag (> 50 % vor und nach der Messung), gefolgt von CHO (~ 23 %), CHN (~ 16 %), CH (~ 5 %). und S-haltige (~ 0,5 %) Chromophore (Ergänzende Abbildung 2). Anders als bei der HULIS-BrC-Fraktion sind sowohl die Anzahl als auch die Intensität verschiedener Chromophorkategorien in der WI-BrC-Fraktion im ESI+-Modus höher als im ESI−-Modus. Die Unterschiede in der Chromophoranzahl und -intensität zwischen HULIS-BrC und WI-BrC können auf den Unterschied in der Chromophorzusammensetzung zurückgeführt werden, und die Unterschiede in der Chromophorzusammensetzung von HULIS-BrC oder WI-BrC zwischen ESI− und ESI+ sind hauptsächlich auf die Unterschiede zurückzuführen Ionisationsmechanismen24,25.

a Anzahl und b Intensität der Chromophore.

In der HULIS-BrC-Fraktion waren die Anzahl und Intensität der CHON-, CHO-, CHN- und S-haltigen Chromophore nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme im Allgemeinen höher als vor der Maßnahme (Anstieg um etwa 14 %, 15 %). , 7 % und 3 % in der Anzahl und 80 %, 81 %, 24 % und 51 % in der Intensität für CHON, CHO, CHN bzw. S-haltige Chromophore). Allerdings waren in der WI-BrC-Fraktion die Anzahl und Intensität der CHON-, CHO-, CHN-, CH- und S-haltigen Chromophore nach der Messung im Allgemeinen geringer als vor der Messung (verringert um etwa 8 %, 6 %, 12 %, 9). %, und 13 % in der Anzahl und 34 %, 35 %, 44 %, 52 % und 19 % in der Intensität für CHON-, CHO-, CHN-, CH- und S-haltige Chromophore) (Ergänzende Abbildung 3). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die HULIS-BrC-Chromophore zunahmen, während die WI-BrC-Chromophore abnahmen, was als Leitfaden für zukünftige Untersuchungen über die Einflüsse der Maßnahme auf die optischen Eigenschaften und den Strahlungsantrieb von dienen könnte atmosphärisches BrC.

Ergänzende Abbildung 4 zeigt die rekonstruierten Massenspektren der HULIS-BrC- und WI-BrC-Chromophore vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme, die offensichtliche Unterschiede zeigen. Es ist zu erkennen, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die Intensität einiger Chromophore zunahm, während andere abnahm. Beispielsweise war in der im ESI+-Modus zugeordneten WI-BrC-Fraktion die Gesamtintensität für CHN+-Chromophore vor der Messung höher als für CHO+-Chromophore, während die Gesamtintensität der CHO+-Chromophore nach der Messung ähnlich der der CHN+-Chromophore war. Die Unterschiede in den Massenspektren der BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme weisen darauf hin, dass die Änderung der Emissionsquellen und damit die atmosphärische Verarbeitung die Chromophorzusammensetzung des atmosphärischen BrC verändert. In den folgenden Abschnitten werden die Unterschiede für alle fünf Chromophorkategorien in den BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme diskutiert.

CHO-Verbindungen sind eine Klasse häufiger Verbindungen, die im atmosphärischen organischen Aerosol26,27,28,29 identifiziert werden und sowohl aus primären Emissionen30,31 als auch aus sekundärer Bildung32,33 stammen könnten. Insgesamt wurden 3099 und 3556 CHO-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion vor bzw. nach der „Kohle-zu-Gas“-Messung zugeordnet, und entsprechend wurden 2551 und 2410 in der WI-BrC-Fraktion zugeordnet (Abb. 1). Abbildung 2 zeigt das Van-Krevelen-Diagramm für CHO-Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen im ESI-Modus (CHO-). Die nach der Peakintensität gewichteten durchschnittlichen Molekülformeln (MFavg) für CHO-Chromophore in HULIS-BrC und WI-BrC waren C9.85H8.21O3.43 bzw. C11.56H8.81O2.93 vor „Kohle-zu-Gas“. Umrechnungsmaß und C9.66H8.05O3.60 bzw. C11.09H8.56O3.04 nach dem Maß (Ergänzungstabelle 1). Die CHO−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion vor und nach der Messung wurden von monozyklischen Aromaten (2,5 ≤ Xc < 2,7) (44 % bzw. 45 % hinsichtlich der Peakintensität) und polyzyklischen Aromaten (2,7 ≤ % bzw. 42 % in Bezug auf die Spitzenintensität) (Abb. 2a, b). Die entsprechende Intensität der meisten CHO−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion war nach der Messung höher als vor der Messung, und die O/C-Verhältnisse stiegen im Allgemeinen mit der Zunahme der Intensitätsverhältnisse nach/vor der Messung (Abb. 2e). Beispielsweise waren die durchschnittlichen O/C-Verhältnisse der CHO-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion Nichtaromaten (Xc < 2,5) (0,49) > monozyklische Aromaten (0,30) > polyzyklische Aromaten (0,24) und die durchschnittlichen Intensitätsverhältnisse danach /vor der Messung waren auch Nichtaromaten (2,6-fach) > monozyklische Aromaten (2,1-fach) > polyzyklische Aromaten (1,9-fach). Außerdem wurden vor der Messung nur 5 zusätzliche CHO-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion identifiziert, nach der Messung jedoch keine, und ihre O/C-Verhältnisse lagen alle unter 0,3 (durchschnittlich 0,18). Im Vergleich dazu wurden nach der Messung 229 zusätzliche CHO−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion identifiziert, vor der Messung jedoch keine, mit einem O/C-Verhältnis von durchschnittlich 0,34. Das mit der Spitzenintensität gewichtete O/C-Verhältnis (O/Cavg) der CHO−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion betrug 0,36 bzw. 0,39 vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme (Ergänzungstabelle 1). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass in der HULIS-BrC-Fraktion nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme mehr stark sauerstoffhaltige CHO-Chromophore vorhanden waren als vor der Maßnahme. Diese erhöhten CHO-Chromophore in HULIS-BrC könnten möglicherweise durch die Zunahme von sekundärem BrC34,35 erklärt werden. Obwohl die Konzentrationen von PM2,5 und anderen Schadstoffen (z. B. CO und NO2) in Peking nach der „Kohle-zu-Gas“-Umstellungsmaßnahme tatsächlich zurückgegangen sind (52 bzw. 38 μg m−3 PM2,5 und NO2, 0,8). mg m-3 CO) im Vergleich zu denen vor der Messung (84 und 52 μg m-3 PM2,5 bzw. NO2, 1,4 mg m-3 CO), die O3-Konzentration (60 und 67 μg m-3). vor bzw. nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme) (http://sthjj.beijing.gov.cn/) wurde nicht verringert, was eine der Hauptquellen für OH-Radikale darstellt. Siemens et al.35 berichteten über die Bildung sekundärer CHO-Chromophore durch Photooxidation anthropogener aromatischer flüchtiger organischer Verbindungen (VOC).

a, b Van-Krevelen-Diagramm für CHO−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion. c, d Ähnlich wie (a, b), jedoch im WI-BrC-Anteil. e Entsprechende Intensitätsverhältnisse nach/vor (2019/2015) der Messung der CHO-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion. f Ähnlich wie (e), jedoch im WI-BrC-Anteil. Die Fläche der Kreise ist proportional zur vierten Wurzel der Intensität einzelner Chromophore, und der Farbbalken gibt das Aromatizitätsäquivalent an (schwarz mit Xc < 2,5, rot mit 2,5 ≤ Xc < 2,7 und blau mit Xc ≥ 2,7). Das Einfügungsdiagramm stellt die Chromophore dar, die nur vor oder nach der Messung identifiziert wurden.

Die CHO−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme wurden von polyzyklischen Aromaten (47 % bzw. 46 % hinsichtlich der Peakintensität) und monozyklischen Aromaten (40 % bzw. 40 %) dominiert. ) (Abb. 2c, d). Im Gegensatz zu CHO-Chromophoren in der HULIS-BrC-Fraktion war die entsprechende Intensität der meisten CHO-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor der Messung höher als nach der Messung und die O/C-Verhältnisse von CHO- in WI-BrC Der Anteil nahm im Allgemeinen mit der Abnahme der Intensitätsverhältnisse vor/nach der Messung zu (Abb. 2f). Beispielsweise betrugen die durchschnittlichen O/C-Verhältnisse der CHO−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion Nichtaromaten (0,48) > monozyklische Aromaten (0,28) > polyzyklische Aromaten (0,17) und die durchschnittlichen Intensitätsverhältnisse vor/nach der Messung waren polyzyklische Aromaten (1,8-fach) > monozyklische Aromaten (1,5-fach) > Nichtaromaten (1,2-fach). Vor der Messung wurden 97 zusätzliche CHO−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion identifiziert, nach der Messung jedoch keine, mit einem durchschnittlichen O/C-Verhältnis von 0,16, während nach der Messung nur 15 zusätzliche CHO-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion identifiziert wurden aber keine vor der Messung, mit einem durchschnittlichen O/C-Verhältnis von 0,44. Der O/Cavg der CHO−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion betrug 0,29 bzw. 0,31 vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme (Ergänzungstabelle 1). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme weniger oxygenierte CHO-Chromophore mit niedrigem Sauerstoffgehalt in der WI-BrC-Fraktion vorhanden waren als vor der Maßnahme, was möglicherweise mit der Reduzierung der Primäremissionen (z. B. Kohle- und Biomasseverbrennung) zusammenhängt. 36,37.

Die CHO + -Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen weisen ähnliche Änderungseigenschaften auf wie CHO− -Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Maßnahme (ergänzende Abbildung 5). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die wasserunlöslichen CHO-Chromophore abnahmen, während die wasserlöslichen CHO-Chromophore zunahmen.

CHON-Chromophore haben die höchste Anzahl an BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme. Insgesamt wurden der HULIS-BrC-Fraktion vor und nach der Messung 5852 bzw. 6674 CHON-Chromophore zugeordnet, während der WI-BrC-Fraktion entsprechend 6162 bzw. 5676 zugeordnet wurden. Der MFavg für CHON- und CHON+-Chromophore in HULIS-BrC betrug C7.67H7.21O3.50N1.11 bzw. C10.21H9.96O1.95N1.30 vor der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme und C7.62H7 .06O3.59N1.18 bzw. C10.13H10.12O2.24N1.38 nach der Messung. Der MFavg für CHON- und CHON +-Chromophore in WI-BrC betrug C8.80H8.81O3.47N1.10 bzw. C13.06H12.14O1.78N1.35 vor der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme und C8. 56H8.33O3.62N1.21 bzw. C12.52H12.12O1.95N1.44 nach der Messung (Ergänzungstabelle 1). Diese Ergebnisse legen nahe, dass CHON-Chromophore in BrC nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme im Durchschnitt mehr O- und N-Atome enthalten als diejenigen vor der Maßnahme. Abbildung 3 zeigt das Van-Krevelen-Diagramm für CHON-Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen, zugeordnet im ESI-Modus. Die CHON−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion wurden von monozyklischen Aromaten dominiert (59 % bzw. 61 % in Bezug auf die Peakintensität vor bzw. nach der Messung) (Abb. 3a, b) und die entsprechende Intensität des größten Teils von CHON − Die Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion waren nach der Messung höher als vor der Messung (ergänzende Abbildung 6a). Wir haben CHON-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion anhand ihres O/N-Verhältnisses weiter in verschiedene Untergruppen eingeteilt (Abb. 4a, b); Es ist ersichtlich, dass die meisten CHON−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion (56 % bzw. 56 % in Bezug auf die Formelzahlen vor bzw. nach der Messung) O/N ≥ 3 haben, was ein Nitro (–NO2) oder enthalten kann Nitrooxy (–ONO2)-Gruppe. Darüber hinaus weisen mehr als 35 % der CHON-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion ein O/N ≥ 4 auf, was auf das Vorhandensein weiterer sauerstoffhaltiger funktioneller Gruppen wie einer Hydroxylgruppe (–OH) oder einer Carbonylgruppe (C =) hinweisen kann O)24,38. Es wurden 12 CHON-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion nur vor der Messung identifiziert, aber keines nach der Messung und 75 % von ihnen haben O/N < 3. Im Gegensatz dazu wurden 302 CHON−-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion zugeordnet nur nach der Messung, aber keiner vor der Messung und über 50 % von ihnen haben O/N ≥ 3. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die meisten dieser erhöhten CHON-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme möglicherweise vorhanden sind Es handelt sich um nitroaromatische und Organonitratverbindungen, die aus einer Sekundärbildung stammen könnten24,39,40,41,42. Wang et al.42 berichteten über die Bildung von CHON-Chromophoren durch Oxidation anthropogener VOCs in Gegenwart von NOx.“

CHON− Chromophore in den Fraktionen a, b HULIS-BrC und c, d WI-BrC. Die Fläche der Kreise ist proportional zur vierten Wurzel der Intensität einzelner Chromophore, und das Einfügediagramm stellt die Chromophore dar, die nur vor oder nach der Messung identifiziert wurden. Der Farbbalken gibt das Aromatizitätsäquivalent an (schwarz mit XC < 2,5, rot mit 2,5 ≤ XC < 2,7 und blau mit XC ≥ 2,7).

a, c Anzahl verschiedener CHON−-Chromophor-Untergruppen in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen vor (2015) der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme. b, d Ähnlich wie (a, c), jedoch nach (2019) der Umstellungsmaßnahme „Kohle zu Gas“.

Die CHON−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor und nach der Umwandlungsmaßnahme „Kohle zu Gas“ wurden ebenfalls von monozyklischen Aromaten dominiert (53 % bzw. 54 % in Bezug auf die Peakintensität) (Abb. 3c, d). Anders als bei CHON- Chromophoren in der HULIS-BrC-Fraktion war die entsprechende Intensität eines Großteils der CHON- Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor der Messung höher als nach der Messung (ergänzende Abbildung 6b). CHON– Chromophore mit einem O/N-Verhältnis von 2 dominierten die CHON– Chromophore in der WI-BrC-Fraktion und die meisten CHON– Chromophore in der WI-BrC-Fraktion haben O/N < 3 (57 % und 53 % in Bezug auf die Formelzahlen davor und danach). (Abb. 4c, d), was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise reduzierte Stickstofffunktionsgruppen (z. B. Amine) enthalten24,38. Es gab 223 CHON−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion, die nur vor der Messung zugewiesen wurden, aber keine nach der Messung, und etwa 79 % von ihnen haben O/N < 3, während nur 43 CHON−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion zugewiesen wurden nach der Messung, aber keiner vor der Messung und etwa 81 % von ihnen haben O/N < 3. Diese Ergebnisse zeigen, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme CHON− Chromophore mit weniger oxidierten Strukturen in WI-BrC vorliegen Der Anteil ist stark zurückgegangen, was möglicherweise auf den Rückgang der Verbrennungsemissionen zurückzuführen ist36,43,44.

CHON+-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme haben ähnliche Eigenschaften wie CHON--Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion, die ebenfalls von monozyklischen Aromaten dominiert wurden (55 % und 53 % in Bezug auf den Peak). Intensität) (Ergänzende Abbildung 7a, b). Die entsprechende Intensität der meisten CHON + -Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion war nach der Messung ebenfalls höher als vor der Messung (ergänzende Abbildung 8a), und mehr zusätzliche CHON + -Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion wurden erst nach der Messung zugeordnet (ergänzende Abbildung 8a). Abbildung 7a, b). Die Chromophorzusammensetzung von CHON+ unterschied sich von CHON− in der HULIS-BrC-Fraktion, was auf den Unterschied in der Ionisierungseffizienz zwischen dem positiven und dem negativen Modus zurückzuführen sein könnte24,25. Ein Großteil der CHON+-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion hat O/N <3 (69 % bzw. 68 % in Bezug auf die Formelzahlen vor bzw. nach der Messung) (ergänzende Abbildung 9a, b), was darauf hindeutet, dass sie reduzierten Stickstoff enthalten könnten Funktionsgruppen24,38. Im Gegensatz zu den CHON+-Chromophoren in der HULIS-BrC-Fraktion bestanden die CHON+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor und nach der Messung hauptsächlich aus polyzyklischen Aromaten (47 % bzw. 44 % hinsichtlich der Peakintensität) und monozyklischen Aromaten (34). % bzw. 34 %) (Ergänzende Abbildung 7c, d). Wie die CHON−-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion haben auch die meisten CHON+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion O/N < 3 (62 % bzw. 60 % in Bezug auf die Formelzahlen vor bzw. nach der Messung) (Ergänzende Abbildung). 9c, d). Die entsprechende Intensität der meisten CHON + -Chromophore in der WI-BrC-Fraktion war vor der Messung höher als nach der Messung (ergänzende Abbildung 8b), und nur vor der Messung wurden der WI-BrC-Fraktion mehr zusätzliche CHON + -Chromophore zugeordnet (ergänzende Abbildung 7c). , D). Diese Ergebnisse legen nahe, dass es sowohl im wasserlöslichen als auch im wasserunlöslichen BrC eine große Anzahl von CHON+-Chromophoren mit niedrigem Oxidationsgrad gab und dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die wasserlöslichen CHON+-Chromophore zunahmen, während die wasserunlöslichen CHON + Chromophore nahmen ab.

Im ESI+-Modus wurden insgesamt 603 und 643 CHN-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion vor bzw. nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme zugewiesen (6,2 % bzw. 5,8 % in Bezug auf die Formelzahlen) und 1811 (16,2 %) bzw. 1587 (15,5 %) wurden in der WI-BrC-Fraktion identifiziert. Die in dieser Studie zugewiesenen CHN + -Chromophore bestanden aus Aromaten (Xc ≥ 2,5), was auf einen hohen Grad an Aromatizität schließen lässt. Das Van-Krevelen-Diagramm der CHN+-Chromophore in den HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Messung ist in Abb. 5 dargestellt. Die CHN+-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion bestanden hauptsächlich aus polyzyklischen Aromaten ( (Abb. 5a, b). Die entsprechende Intensität des meisten CHN+ in der HULIS-BrC-Fraktion war nach der Messung höher als vor der Messung (ergänzende Abbildung 10a), und erst nach der Messung wurden mehr zusätzliche CHN+-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion zugeordnet. Die CHN+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion bestanden ebenfalls hauptsächlich aus polyzyklischen Aromaten (86 % bzw. 85 % in Bezug auf die Peakintensität vor bzw. nach der Messung) (Abb. 5c, d). Allerdings war die entsprechende Intensität eines Großteils der CHN+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor der Messung höher als nach der Messung (ergänzende Abbildung 10b), und nur vor der Messung wurden mehr zusätzliche CHN+-Chromophore in den WI-BrC-Fraktionen zugeordnet. Es ist zu beachten, dass in der HULIS-BrC-Fraktion vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Messung die CHN+-Chromophore im Allgemeinen Kohlenstoffatome <15 und DBE 5–12 aufweisen (ergänzende Abbildung 11a, b), was vorgeschlagen wurde Es handelte sich um Alkaloide44, und in der WI-BrC-Fraktion gab es eine große Anzahl von CHN + -Chromophoren mit Kohlenstoffatomen> 15 und DBE 12–24 (ergänzende Abbildung 11c, d), die kondensierten aromatischen Strukturen und N-heterocyclischen Strukturen zugeordnet wurden Ringe24,44. Früheren Studien zufolge könnten die erhöhten CHN+-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion durch die Photooxidation aromatischer Kohlenwasserstoffe entstanden sein45,46, und die verminderten CHN+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion könnten auf die Reduzierung der Verbrennung fossiler Brennstoffe (insbesondere Kohle) zurückzuführen sein Verbrennung)38,47,48.

a, c Van-Krevelen-Diagramm für CHN+-Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen vor (2015) der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme. b, d Ähnlich wie (a, c), jedoch nach (2019) der Umstellungsmaßnahme „Kohle zu Gas“. Die Fläche der Kreise ist proportional zur vierten Wurzel der Intensität einzelner Chromophore, und der Farbbalken gibt das Aromatizitätsäquivalent an (schwarz mit XC < 2,5, rot mit 2,5 ≤ XC < 2,7 und blau mit XC ≥ 2,7). Das Einfügungsdiagramm stellt die Chromophore dar, die nur vor oder nach der Messung identifiziert wurden.

In der HULIS-BrC-Fraktion wurden vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Messung insgesamt 154 bzw. 159 S-haltige Chromophore identifiziert, während es in der WI-BrC-Fraktion 62 bzw. 54 waren. Zu den S-haltigen Chromophoren gehören CHOS und CHONS. Bei CHOS-Chromophoren dominierten aliphatische Verbindungen (Xc <2,5) und die meisten von ihnen wurden im ESI−-Modus in der HULIS-BrC-Fraktion nachgewiesen. Die Mehrzahl der CHOS-Chromophore weist O/S-Verhältnisse von 4–11 auf (ergänzende Abbildung 12), was auf die Möglichkeit von mindestens einer funktionellen Gruppe –OSO3H und damit auf eine mögliche Klassifizierung als Organosulfate (OSs) 29, 38 hinweist. Die entsprechende Intensität der meisten CHOS-Chromophore in BrC war nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme (insgesamt 7,0 × 107) höher als vor der Maßnahme (insgesamt 5,5 × 107) (ergänzende Abbildung 13), was der Fall sein könnte gebildet durch Sekundärreaktionen primärer Vorläufer24,38,49,50,51. Bei CHONS-Chromophoren wurden in der HULIS-BrC-Fraktion die meisten im ESI−-Modus identifiziert, während in der WI-BrC-Fraktion ein Großteil im ESI+-Modus gemessen wurde (ergänzende Abbildung 14). Wie CHOS-Chromophore wurden in der HULIS-BrC-Fraktion mehr CHONS-Chromophore zugeordnet als in der WI-BrC-Fraktion. Mehr als 70 % der CHONS-Chromophore in HULIS-BrC- und WI-BrC-Fraktionen haben O-Atome <7, was darauf hindeutet, dass sie reduzierte S- (z. B. aromatische S-haltige Verbindungen) oder reduzierte N-Funktionsgruppen (z. B. Nitril) enthalten können36. Außerdem wurden vor und nach der Messung etwa 24 % und 26 % der CHONS-Chromophore in der HULIS-BrC-Fraktion und etwa 21 % und 20 % der CHONS-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion O-Atome ≥ 7 zugeordnet, was darauf hindeutet, dass sie eines enthalten könnten –OSO3H und eine –NO3-Funktionsgruppe und es handelt sich wahrscheinlich um Nitrooxyorganosulfate27,29,36,38, die durch photochemische Oxidation von VOCs unter Bedingungen mit hohem NOx-Gehalt gebildet werden können49,52. Ähnlich wie bei CHOS-Chromophoren war auch die entsprechende Intensität der meisten CHONS-Chromophore in BrC nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme höher als vor der Messung (ergänzende Abbildung 13).

Alle in dieser Studie identifizierten CH-Chromophore haben Xc ≥ 2,5, von denen über 95 % Xc ≥ 2,7 haben (ergänzende Abbildung 15), was darauf hindeutet, dass es sich wahrscheinlich um polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) handelt, die als wichtige Chromophore in der WI-BrC-Fraktion identifiziert wurden in Umgebungsaerosolen53. In dieser Studie wurden insgesamt 564 bzw. 512 CH+-Chromophore in der WI-BrC-Fraktion vor bzw. nach der „Kohle-zu-Gas“-Messung zugeordnet. Die entsprechende Intensität der meisten CH+-Chromophore (>95 %) war vor der Messung höher als nach der Messung, was darauf hindeutet, dass nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme die CH+-Chromophore in atmosphärischen Aerosolen deutlich abnahmen, was darauf zurückzuführen ist zur Reduzierung der Verbrennungsemissionen54,55.

Diese Studie deckt offensichtliche Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des atmosphärischen BrC in Peking während der Heizperiode vor und nach der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme auf und liefert neue Erkenntnisse über die Bedeutung der Kohleverbrennung als BrC-Quelle in der realen Welt. Nach der Messung nahmen die Anzahl und Intensität der WI-BrC-Chromophore ab, während die Anzahl und Intensität der HULIS-BrC-Chromophore zunahm. Darüber hinaus wurden in der HULIS-BrC-Fraktion stärker sauerstoffhaltige Chromophore gefunden, und in der WI-BrC-Fraktion waren nach der Messung weniger sauerstoffarme Chromophore vorhanden als vor der Messung, was wahrscheinlich auf die Verringerung der Kohleemissionen in Wohngebieten sowie auf die Änderung zurückzuführen ist der atmosphärischen Oxidationskapazität. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Auswirkungen von Emissionsminderungsmaßnahmen auf die chemische Zusammensetzung von BrC komplex sind und in Zukunft weitere Forschung erforderlich ist. Einige Studien haben beispielsweise gezeigt, dass BrC-Beschichtungen auf BC die Lichtabsorption von BC verbessern können56,57,58; Es ist wichtig, den Einfluss der „Kohle-zu-Gas“-Umwandlungsmaßnahme auf den Mischungszustand von kohlenstoffhaltigem Aerosol und damit die Auswirkungen auf den Strahlungsantrieb zu verstehen. Darüber hinaus kann die Erhöhung des wasserlöslichen BrC nach der Maßnahme zu einem Anstieg des Aerosol- und Flüssigkeitswassergehalts und damit zur Bildung von sekundärem BrC über wässrige Photoreaktionen führen, was sich folglich auf die Lebensdauer von BrC in der Atmosphäre auswirkt59,60,61. Die Änderungen in der chemischen Zusammensetzung von BrC könnten auch die Größenverteilung atmosphärischer Partikel verändern und dadurch die Lichtabsorption und den Strahlungsantrieb atmosphärischer Partikel beeinflussen54,62,63.

Täglich wurden vom 17. Januar bis 15. März 2015 und 2019 PM2,5-Filterproben auf dem Dach (~20 m über dem Boden; 39,99°N, 116,32°E) des Nationalen Zentrums für Nanowissenschaften und Technologie in Peking, China, gesammelt , das von Wohn-, Verkehrs- und Gewerbegebieten umgeben war. Filterproben wurden auf vorgebackenen (780 °C, 3 Stunden) Quarzfaserfiltern (20,3 × 25,4 cm; Whatman, QM-A, Clifton, NJ, USA) unter Verwendung eines großvolumigen PM2,5-Probenehmers (1,05 m3) gesammelt min−1; Tisch, Cleveland, OH). Nach der Entnahme wurden die Proben in gebackene Aluminiumfolien eingewickelt und bis zur weiteren Analyse in einem Gefrierschrank bei –20 °C gelagert.

Die kombinierten Filterproben (3,526 cm2 für jede der 6 Proben mit hoher Lichtabsorption) wurden auf verschiedene organische Kohlenstoffanteile (OC) extrahiert. Um ein aussagekräftigeres Ergebnis zu erhalten, haben alle ausgewählten Proben einen Lichtabsorptionskoeffizienten (Abs) über dem Durchschnittswert (durchschnittlicher Abs bei 365 nm (Abs365) von 23,0 ± 14,2 und 10,0 ± 6,2 M m−1 vor und nach „Kohle“. -zu-Gas"-Umwandlungsmaß) und die Abs365- und OC-Konzentration ausgewählter Proben sind in der Ergänzungstabelle 2 aufgeführt. Die wasserlösliche Fraktion wurde zweimal mit 5 ml hochreinem Wasser (>18,2 MΩ cm) in einem Ultraschall extrahiert 30 Min. baden. Anschließend wurde die Lösung mit einem Spritzenfilter aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) (Whatman, 0,45 μm; 3 mm) filtriert und nach dem von Lin et al.64 beschriebenen Protokoll behandelt, um die HULIS-Fraktion zu erhalten, die die primäre Lichtabsorptionskomponente von Wasser darstellt -lösliches BrC (WS-BrC)53. Der nach der Wasserextraktion verbleibende Filter wurde in einem Abzug getrocknet und weiter zweimal mit 5 ml Methanol (HPLC-Qualität, JT Baker, Phillipsburg, NJ, USA) 30 Minuten lang in einem Ultraschallbad extrahiert und mit einem PTFE-Spritzenfilter für Wasser filtriert. unlöslicher organischer Kohlenstoffanteil (WISOC). Die HULIS- und WISOC-Fraktionen wurden zur weiteren Analyse mit einem HPLC-PDA-HRMS auf 300 μl konzentriert. Weitere Einzelheiten zur HPLC-PDA-HRMS-Analyse wurden an anderer Stelle beschrieben53.

Zur Erfassung der Rohdaten wurde die Software Xcalibur 4.0 (Thermo Scientific) und zur Durchführung der Peak-Entfaltung und Chromatogrammkonstruktion die Open-Source-Software-Toolbox MZmine Version 2.52 (http://mzmine.github.io/) verwendet30,53. Die Formelzuweisung wurde mit den folgenden Einschränkungen durchgeführt: C1-30H0-60O0-15N0-3S0-1Na0-1 mit einer Massentoleranz von ± 3 ppm für das ESI+-Modell und ± 2 ppm für das ESI−-Modell53. Die anerkannten Formeln wurden durch die Festlegung von 0,3 ≤ H/C ≤ 3,0, O/C ≤ 3,0, N/C ≤ 0,5, S/C ≤ 0,2 eingeschränkt, um die chemisch unvernünftigen Formeln zu eliminieren24,53. Darüber hinaus wurden die Verbindungen mit DBE/C ≥ 0,5 als Kandidaten für BrC-Chromophore angesehen20,53. Die Doppelbindungsäquivalentwerte der neutralen chemischen Formel von CcHhOoNnSsNax wurden als DBE = (2C + 2 – H + N)/2 berechnet, wobei C, H, N die Anzahl von Kohlenstoff, Wasserstoff bzw. Stickstoff sind20,53 , und das Aromatizitätsäquivalent (Xc) wurde unter Verwendung der Gleichungen erhalten: Sauerstoff- und Schwefelatome, die an der π-gebundenen Struktur einer Verbindung beteiligt sind26,38. In dieser Studie wurde m = n = 0,5 für im ESI−-Modus erkannte Chromophore und m = n = 1 für im ESI+-Modus zugewiesene Chromophore verwendet38. Die neutralen Summenformeln, die nicht der Stickstoffregel entsprachen oder eine nicht ganzzahlige oder negative DBE aufwiesen, wurden ausgeschlossen. Alle gemeldeten Ergebnisse wurden auf Leerwert korrigiert. Die Spitzenintensität der Chromophore wurde verwendet, um ihren relativen Gehalt zu vergleichen24,36,38,44. Es ist zu beachten, dass verschiedene Arten von Chromophoren im Massenspektrometer aufgrund der Unterschiede in der Ionisierungs- und Übertragungseffizienz eine unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen können38,65. Daher können beim Vergleich der Spitzenintensität zwischen Chromophoren Unsicherheiten bestehen. In dieser Arbeit gehen wir davon aus, dass alle Chromophore im Massenspektrometer die gleiche Peak-Abundanz-Reaktion aufweisen.

Die in dieser Studie verwendeten Rohdaten werden im Institut für Erdumwelt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften archiviert und sind auf Anfrage erhältlich, indem Sie sich an den entsprechenden Autor wenden (rujin. [email protected]).

Huang, R.-J. et al. Hoher sekundärer Aerosolbeitrag zur Partikelverschmutzung bei Dunstereignissen in China. Natur 514, 218–222 (2014).

Artikel Google Scholar

Burnett, R. et al. Globale Schätzungen der Mortalität im Zusammenhang mit der langfristigen Exposition gegenüber Feinstaub im Freien. Proz. Natl Acad. Wissenschaft. USA 115, 9592–9597 (2018).

Artikel Google Scholar

Huang, R.-J. et al. Quellenspezifische Gesundheitsrisikoanalyse für partikuläre Spurenelemente: Kohleverbrennung und Verkehrsemissionen als Hauptverursacher im winterlichen Peking. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 52, 10967–10974 (2018).

Artikel Google Scholar

Bates, JT et al. Übersicht über azelluläre Tests des oxidativen Potenzials von Umgebungspartikeln: Methoden und Beziehungen zu Zusammensetzung, Quellen und gesundheitlichen Auswirkungen. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 53, 4003–4019 (2019).

Artikel Google Scholar

Myhre, G. et al. Strahlungsantrieb des direkten Aerosoleffekts aus AeroCom-Phase-II-Simulationen. Atmosphäre. Chem. Physik. 13, 1853–1877 (2013).

Artikel Google Scholar

Schmale, J., Zieger, P. & Ekman, AML Aerosole im aktuellen und zukünftigen arktischen Klima. Nat. Aufstieg. Änderung 11, 95–105 (2021).

Artikel Google Scholar

Liu, P. et al. Der Beitrag der Kohleverbrennung in Wohngebieten zum atmosphärischen PM2,5 in Nordchina im Winter. Atmosphäre. Chem. Physik. 17, 11503–11520 (2017).

Artikel Google Scholar

Huang, X. et al. Chemische Charakterisierung und Quellenidentifizierung von PM2,5 an mehreren Standorten in der Region Peking–Tianjin–Hebei, China. Atmosphäre. Chem. Physik. 17, 12941–12962 (2017).

Artikel Google Scholar

Huang, R.-J. et al. Primäremissionen versus Sekundärbildung von Feinstaub in der am stärksten verschmutzten Stadt (Shijiazhuang) in Nordchina. Atmosphäre. Chem. Physik. 19, 2283–2298 (2019).

Artikel Google Scholar

Yu, S. et al. Eigenschaften und oxidatives Potenzial von atmosphärischem PM2,5 in Peking: Quellenverteilung und saisonale Variation. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 650, 277–287 (2019).

Artikel Google Scholar

Gu, Y. et al. Chemische Natur und Quellen feiner Partikel im städtischen Peking: Saisonalität und Bildungsmechanismen. Umgebung. Int. 140, 105732 (2020).

Artikel Google Scholar

Zhang, A. et al. Modellierung der globalen Strahlungswirkung von braunem Kohlenstoff: eine potenziell größere Wärmequelle in der tropischen freien Troposphäre als schwarzer Kohlenstoff. Atmosphäre. Chem. Physik. 20, 1901–1920 (2020).

Artikel Google Scholar

Jo, DS, Park, RJ, Lee, S., Kim, S.-W. & Zhang, X. Eine globale Simulation von braunem Kohlenstoff: Auswirkungen auf die Photochemie und den direkten Strahlungseffekt. Atmosphäre. Chem. Physik. 16, 3413–3432 (2016).

Artikel Google Scholar

Mok, J. et al. Auswirkungen von braunem Kohlenstoff aus der Verbrennung von Biomasse auf die Oberflächen-UV- und Ozon-Photochemie im Amazonasbecken. Wissenschaft. Rep. 6, 36940 (2016).

Artikel Google Scholar

Zhang, Y. et al. Strahlungsantrieb in der oberen Atmosphäre, beeinflusst durch braunen Kohlenstoff in der oberen Troposphäre. Nat. Geosci. 10, 486–489 (2017).

Artikel Google Scholar

Zeng, L. et al. Globale Messungen von braunem Kohlenstoff und geschätzte direkte Strahlungseffekte. Geophys. Res. Lette. 47, e2020GL088747 (2020).

Artikel Google Scholar

Yan, C. et al. Wichtiger Beitrag fossiler Quellen zum braunen Kohlenstoff in Peking im Winter. Wissenschaft. Rep. 7, 43182 (2017).

Artikel Google Scholar

Xie, C. et al. Vertikale Charakterisierung der optischen Eigenschaften von Aerosolen und braunem Kohlenstoff im Winter im städtischen Peking, China. Atmosphäre. Chem. Physik. 19, 165–179 (2019).

Artikel Google Scholar

Ni, H. et al. Brauner Kohlenstoff in der Verbrennungsemission von Primär- und Altkohle. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 55, 5701–5710 (2021).

Artikel Google Scholar

Lin, P., Fleming, LT, Nizkorodov, SA, Laskin, J. & Laskin, A. Umfassende molekulare Charakterisierung von atmosphärischem Braunkohlenstoff durch hochauflösende Massenspektrometrie mit Elektrospray und Atmosphärendruck-Photoionisation. Anal. Chem. 90, 12493–12502 (2018).

Artikel Google Scholar

Lobodin, VV, Marshall, AG & Hsu, CS Kompositionsraumgrenzen für organische Verbindungen. Anal. Chem. 84, 3410–3416 (2012).

Artikel Google Scholar

Laskin, J. et al. Molekulare Selektivität brauner Kohlenstoffchromophore. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 48, 12047–12055 (2014).

Artikel Google Scholar

West, CP et al. Molekulare Zusammensetzung und optische Eigenschaften von braunem Kohlenstoff, der durch die Ethanflamme erzeugt wird. ACS Erde Weltraum Chem. 4, 1090–1103 (2020).

Artikel Google Scholar

Lin, P., Rincon, AG, Kalberer, M. & Yu, JZ Elementarzusammensetzung von HULIS in der Perlflussdelta-Region, China: Ergebnisse abgeleitet aus hochauflösenden massenspektrometrischen Daten mit positivem und negativem Elektrospray. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 46, 7454–7462 (2012).

Artikel Google Scholar

Cech, NB & Enke, CG Praktische Auswirkungen einiger neuerer Studien zu den Grundlagen der Elektrospray-Ionisation. Massenspektrometer. Rev. 20, 362–387 (2001).

Artikel Google Scholar

Steimer, SS et al. Unterschiede in der Zusammensetzung organischer Aerosole zwischen Winter und Sommer in Peking: eine Studie mittels Direktinfusions-Ultrahochauflösungs-Massenspektrometrie. Atmosphäre. Chem. Physik. 20, 13303–13318 (2020).

Artikel Google Scholar

Jiang, B. et al. Molekulare Zusammensetzung städtischer organischer Aerosole an klaren und dunstigen Tagen in Peking: eine vergleichende Studie mit FT-ICR MS. Umgebung. Chem. 13, 888–901 (2016).

Artikel Google Scholar

Wang, X. et al. Chemische Eigenschaften und braune Kohlenstoffchromophore atmosphärischer organischer Aerosole über dem Jangtse-Kanal: eine Kreuzfahrtkampagne. J. Geophys. Res. 125, e2020JD032497 (2020).

Google Scholar

Yan, C. et al. Molekulare Charakterisierung wasserlöslicher brauner Kohlenstoffchromophore in Peking, China. J. Geophys. Res. 125, e2019JD032018 (2020).

Artikel Google Scholar

Fleming, LT et al. Molekulare Zusammensetzung der Feinstaubemissionen von mit Mist und Reisig verbrannten Haushaltskochherden in Haryana, Indien. Atmosphäre. Chem. Physik. 18, 2461–2480 (2018).

Artikel Google Scholar

Tang, J. et al. Molekulare Zusammensetzungen und optische Eigenschaften von gelöstem braunem Kohlenstoff bei der Biomasseverbrennung, Kohleverbrennung und Fahrzeugemissionsaerosolen, beleuchtet durch Anregungs-Emissions-Matrixspektroskopie und Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrieanalyse. Atmosphäre. Chem. Physik. 20, 2513–2532 (2020).

Artikel Google Scholar

Walgraeve, C., Demeestere, K., Dewulf, J., Zimmermann, R. & van Langenhove, H. Sauerstoffhaltige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in atmosphärischen Partikeln: Molekulare Charakterisierung und Vorkommen. Atmosphäre. Umgebung. 44, 1831–1846 (2010).

Artikel Google Scholar

Riva, M., Robinson, ES, Perraudin, E., Donahue, NM & Villenave, E. Photochemische Alterung sekundärer organischer Aerosole, die durch Photooxidation polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe in der Gasphase entstehen. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 49, 5407–5416 (2015).

Artikel Google Scholar

Wang, X. et al. Chemische Eigenschaften organischer Aerosole in Shanghai: eine Studie mittels Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Orbitrap-Massenspektrometrie. J. Geophys. Res. 122, 11703–11722 (2017).

Artikel Google Scholar

Siemens, K. et al. Molekulare Analyse von sekundärem Braunkohlenstoff, der durch Photooxidation von Naphthalin entsteht. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 56, 3340–3353 (2022).

Artikel Google Scholar

Song, J. et al. Molekulare Charakterisierung von wasser- und methanollöslichen organischen Verbindungen, die bei der Kohleverbrennung in Wohngebieten emittiert werden, mittels ultrahochauflösender Elektrospray-Ionisations-Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 53, 13607–13617 (2019).

Artikel Google Scholar

Zhao, R. et al. Lichtabsorptionseigenschaften und molekulare Zusammensetzungen von wasserlöslichem und methanollöslichem organischem Kohlenstoff, der bei der Pyrolyse und Verbrennung von Holz entsteht. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 809, 151136 (2022).

Artikel Google Scholar

Wang, K. et al. Die Zusammensetzung städtischer organischer Aerosole in Ostchina unterscheidet sich von Nord nach Süd: molekulare Erkenntnisse aus einer Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie-Studie (Orbitrap). Atmosphäre. Chem. Physik. 21, 9089–9104 (2021).

Artikel Google Scholar

Lin, P. et al. Molekulare Chemie des atmosphärischen Braunkohlenstoffs, abgeleitet aus einer landesweiten Verbrennung von Biomasse. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 51, 11561–11570 (2017).

Artikel Google Scholar

Lim, YB, Kim, H., Kim, JY & Turpin, BJ Photochemische Organonitratbildung in feuchten Aerosolen. Atmosphäre. Chem. Physik. 16, 12631–12647 (2016).

Artikel Google Scholar

Jang, K.-S. et al. Bewertung von PM2,5-gebundenen stickstoffhaltigen organischen Verbindungen (NOCs) im Winter an städtischen Standorten in China und Korea. Umgebung. Umweltverschmutzung. 265, 114870 (2020).

Artikel Google Scholar

Wang, Y. et al. Die Bildung nitroaromatischer Verbindungen unter hohen NOx- und anthropogenen VOC-Bedingungen im städtischen Peking, China. Atmosphäre. Chem. Physik. 19, 7649–7665 (2019).

Artikel Google Scholar

Laskin, A., Smith, JS & Laskin, J. Molekulare Charakterisierung stickstoffhaltiger organischer Verbindungen in Biomasse-verbrennenden Aerosolen mittels hochauflösender Massenspektrometrie. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 43, 3764–3771 (2009).

Artikel Google Scholar

Wang, K., Zhang, Y., Huang, R.-J., Cao, J. & Hoffmann, T. UHPLC-Orbitrap-massenspektrometrische Charakterisierung von organischem Aerosol aus einer mitteleuropäischen Stadt (Mainz, Deutschland) und einer chinesischen Megacity (Peking). Atmosphäre. Umgebung. 189, 22–29 (2018).

Artikel Google Scholar

Liu, S. et al. Verstärkende Wirkung von NO2 auf die Bildung lichtabsorbierender sekundärer organischer Aerosole durch Toluol-Photooxidation. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 794, 148714 (2021).

Artikel Google Scholar

Jiang, H. et al. Faktoren, die die molekulare Zusammensetzung und Verteilung atmosphärischer stickstoffhaltiger Verbindungen beeinflussen. J. Geophys. Res. -Atmosphärisch. 127, e2021JD036284 (2022).

Artikel Google Scholar

Wang, W. et al. Molekulare Charakterisierung organischer Aerosole in Taiyuan, China: Saisonale Variation und Quellenidentifizierung. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 800, 149419 (2021).

Artikel Google Scholar

Song, J. et al. Molekulare Charakterisierung stickstoffhaltiger Verbindungen in humusähnlichen Substanzen, die bei der Verbrennung von Biomasse und Kohle freigesetzt werden. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 56, 119–130 (2022).

Artikel Google Scholar

Surratt, JD et al. Organosulfatbildung im biogenen sekundären organischen Aerosol. J. Phys. Chem. A 112, 8345–8378 (2008).

Artikel Google Scholar

Wang, XK et al. Molekulare Charakterisierung atmosphärischer partikulärer Organosulfate in drei Megastädten am Mittel- und Unterlauf des Jangtsekiang. Atmosphäre. Chem. Physik. 16, 2285–2298 (2016).

Artikel Google Scholar

Breton, ML et al. Online-Gas- und Partikelphasenmessungen von Organosulfaten, Organosulfonaten und Nitrooxyorganosulfaten in Peking mit einem FIGAERO ToF-CIMS. Atmosphäre. Chem. Physik. 18, 10355–10371 (2018).

Artikel Google Scholar

Kundu, S. et al. Nachweis und Quantifizierung aromatischer Organosulfate in Umgebungsaerosolen in Lahore, Pakistan. Atmosphäre. Chem. Physik. 13, 4865–4875 (2013).

Artikel Google Scholar

Huang, R.-J. et al. Wasserunlösliche organische Stoffe dominieren braunen Kohlenstoff im winterlichen städtischen Aerosol Chinas: chemische Eigenschaften und optische Eigenschaften. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 54, 7836–7847 (2020).

Artikel Google Scholar

Chen, Q. et al. Größenaufgelöste Charakterisierung der Chromophore im atmosphärischen Feinstaub einer typischen Kohlestadt in China. J. Geophys. Res. 124, 10546–10563 (2019).

Artikel Google Scholar

Fleming, LT et al. Molekulare Zusammensetzung und photochemische Lebensdauer von braunen Kohlenstoff-Chromophoren in Biomasse verbrennenden organischen Aerosolen. Atmosphäre. Chem. Physik. 20, 1105–1129 (2020).

Artikel Google Scholar

Lack, DA & Cappa, CD Einfluss von braunem und klarem Kohlenstoff auf die Verbesserung der Lichtabsorption, die Einzelstreualbedo und die Absorptionswellenlängenabhängigkeit von schwarzem Kohlenstoff. Atmosphäre. Chem. Physik. 10, 4207–4220 (2010).

Artikel Google Scholar

Cheng, Y. et al. Brauner und schwarzer Kohlenstoff im Pekinger Aerosol: Auswirkungen auf die Auswirkungen der braunen Beschichtung auf die Lichtabsorption durch schwarzen Kohlenstoff. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 599, 1047–1055 (2017).

Artikel Google Scholar

Moschos, V. et al. Quellenspezifische Lichtabsorption durch kohlenstoffhaltige Komponenten in der komplexen Aerosolmatrix aus jährlichen filterbasierten Messungen. Atmosphäre. Chem. Physik. 21, 12809–12833 (2021).

Artikel Google Scholar

Zhao, R. et al. Photochemische Verarbeitung von wässrigem, atmosphärischem Braunkohlenstoff. Atmosphäre. Chem. Physik. 15, 6087–6100 (2015).

Artikel Google Scholar

Smith, JD, Kinney, H. & Anastasio, C. Phenolische Carbonyle unterliegen einem schnellen wässrigen Photoabbau und bilden schwerflüchtige, lichtabsorbierende Produkte. Atmosphäre. Umgebung. 126, 36–44 (2016).

Artikel Google Scholar

Hems, RF et al. Wässrige Photoreaktionen von Holzrauchbraunkohlenstoff. ACS Earth Sp. z o.o. Chem. 4, 1149–1160 (2020).

Artikel Google Scholar

Liu, J. et al. Größenaufgelöste Messungen von braunem Kohlenstoff in Wasser- und Methanolextrakten und Schätzungen ihres Beitrags zur Lichtabsorption feiner Umgebungspartikel. Atmosphäre. Chem. Physik. 13, 12389–12404 (2013).

Artikel Google Scholar

Wu, C. et al. Die Eigenschaften von atmosphärischem Braunkohlenstoff in Xi'an im Landesinneren Chinas: Quellen, Größenverteilungen und optische Eigenschaften. Atmosphäre. Chem. Physik. 20, 2017–2030 (2020).

Artikel Google Scholar

Lin, P., Engling, G. & Yu, JZ Huminähnliche Substanzen in frischen Emissionen aus der Reisstrohverbrennung und in Umgebungsaerosolen in der Perlflussdeltaregion, China. Atmosphäre. Chem. Physik. 10, 6487–6500 (2010).

Artikel Google Scholar

Kruve, A., Kaupmees, K., Liigand, J. & Leito, I. Negative Elektrospray-Ionisation durch Deprotonierung: Vorhersage der Ionisationseffizienz. Anal. Chem. 86, 4822–4830 (2014).

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (NSFC) unter der Grant-Nr. 41925015, dem Key Research Program of Frontier Sciences der Chinese Academy of Sciences (Nr. ZDBS-LY-DQC001), dem Strategic Priority Research Program von unterstützt die Chinesische Akademie der Wissenschaften (Nr. XDB40000000) und SKLLQG (Nr. SKLLQGTD1801).

Staatliches Schlüssellabor für Löss- und Quartärgeologie, Kompetenzzentrum für Quartärwissenschaft und globalen Wandel, Institut für Erdumwelt, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Xi'an, 710061, China

Wei Yuan, Ru-Jin Huang, Lu Yang, Ting Wang, Yuquan Gong, Wenjuan Cao, Jie Guo, Haiyan Ni und Jing Duan

Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking, 100049, China

Wei Yuan, Ru-Jin Huang, Lu Yang und Yuquan Gong

Schlüssellabor für Forschung und Entwicklung im Bereich Detektionstechnologie für Lebensmittelsicherheit, Lebensmittelinspektion und Quarantäne-Technologiezentrum des Zolls von Shenzhen, Shenzhen, 518045, China

Jincan Shen

Schlüssellabor für Pflanzen-Boden-Interaktionen des MOE, College of Resources and Environmental Sciences, National Academy of Agriculture Green Development, China Agricultural University, Peking, 100193, China

Kai Wang

Fachbereich Chemie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Duesbergweg 10-14, 55128, Mainz, Deutschland

Thorsten Hoffmann

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Formale Analyse, schriftlicher Originalentwurf, WY, R.-JH; Konzeption, Validierung, Betreuung, Projektadministration, Fördermitteleinwerbung R.-JH; Schreiben, Rezension und Redaktion WY, R.-JH, KW, LY, TW, YG, HN, JD, TH; Datenkuration WY, R.-JH, JS, WC, JG

Korrespondenz mit Ru-Jin Huang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Yuan, W., Huang, RJ., Shen, J. et al. Mehr wasserlöslicher brauner Kohlenstoff nach der „Kohle-zu-Gas“-Umstellungsmaßnahme in Wohngebieten im städtischen Peking. npj Clim Atmos Sci 6, 20 (2023). https://doi.org/10.1038/s41612-023-00355-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 08. Juli 2022

Angenommen: 09. März 2023

Veröffentlicht: 23. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41612-023-00355-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Blog