Том 24, номер 06, статья № 3

pdf Киреева Е. Д., Поповичева О. Б., Тимофеев М. А., Шония Н. К. Физикохимия углеродсодержащих аэрозолей эмиссии морских кораблей. // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 06. С. 459-467.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Исследованы физико-химические характеристики твердотельных углеродсодержащих аэрозолей эмиссии морских кораблей, использующих мазутное и дизельное топливо. Методами электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, ионной хроматографии, газовой хромато-масс-спектрометрии и гравиметрического анализа изучены морфология, элементный состав, состав органической и ионной фракций и химия поверхности частиц, собираемых на выхлопе дизельного двигателя на борту корабля в круизных условиях. Сравнительный анализ частиц показывает общие характеристики и отличительные особенности в зависимости от качества используемого топлива. При сжигании мазутного топлива в составе углеродсодержащих аэрозолей в атмосферу эмитируется значительное количество экологически опасных органических соединений, оксидов металлов, сульфатов и солей, высокая гигроскопичность которых определяет формирование облачности и климатические последствия эмиссии морского транспорта в атмосферу.

Ключевые слова:

углеродсодержащие аэрозоли, эмиссия, физико-химические характеристики, гигроскопичность

Список литературы:

1. Eyring V., Kohler H.W., Aardenne J., Lauer A. Emissions from international shipping: I. The last 50 years // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D17305. doi: 10.1029/2004JD005619.
2. Corbett J.J., Winebrake J.J., Green E.H., Kasibhatla P., Eyring V., Lauer A. Mortality from ship emissions: a global assessment // Environ. Sci. and Technol. 2007. V. 41, N 24. P. 8512-8518.
3. Sinha P., Hobbs P.V., Yokelson R.J., Christian T.J., Kirchstetter T.W., Bruintjes R. Emissions of trace gases and particles from two ships in the southern Atlantic Ocean // Atmos. Environ. 2003. V. 37, N 15. P. 2139-2148.
4. Lack D., Lerner B., Granier C., Baynard T., Lovejoy E., Massoli P., Ravishankara A.R., Williams E. Light absorbing carbon emissions from commercial shipping // J. Geophys. Res. 2008. V. 35. L13815. doi: 10.1029/2008GL033906.
5. Lauer A., Eyring V., Hendricks J., Jockel P., Lohmann U. Global model simulations of the impact of ocean-going ships on aerosols, clouds, and the radiation budget // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 19. P. 5061-5079.
6. Xie Z., Joel D. Blum, Satoshi Utsunomiya, Ewing R.C., Xinming Wang, Liguang Sun. Summertime carbonaceous aerosols collected in the marine boundary layer of the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. D02306.
7. Lyyranen J., Jokiniemi J., Kauppinen E., Joutsensaari J. Aerosol characterization in medium-speed diesel engine operating with heavy fuel oils // J. Aerosol Sci. 1999. V. 30, N 6. P. 771-784.
8. Armstrong B., Hutchinson E., Unwin J., Fletcher T. Lung cancer risk after exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons // Environ. Health Perspect. 2004. V. 112. P. 970-978. doi: 10.1289/ehp.6895.
9. Chen Y., Shah N., Huggins F., Huffman G. Investigation of the microcharacteristics of PM 2.5 in residual oil, ash by analytic transmission electron microscopy // Environ. Sci. and Technol. 2004. V. 38, N 24. P. 6553-6560.
10. Eyring V., Kohler H.W., Lauer A., Lemper B. Emissions from intennational shipping: 2. Impact of future technologies on scenarios until 2050 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D17306. doi: 10.1029/2004JD005620.
11. Petzold A., Hasselbach J., Lauer P., Baumann R., Franke K., Gurk C., Schlager H., Weingartner E. Experimental studies on particle emissions from cruising ship, their characteristic properties, transformation and atmospheric lifetime in the marine boundary layer // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8, N 9. P. 2387-2403.
12. Murphy S.M., Agrawal H., Sorooshian A., Padr L.T., Gates H., Hersey S., Welch W.A., Jung H., Miller J.W., Cocker D.R., Nenes A., Jonsson H.H., Flagan R.C., Sein- feld J.H. Comprehensive Simultaneous Shipboard and Airborne Characterization of Exhaust from a Modern Container Ship at Sea // Environ. Sci. and Technol. 2009. V. 43, N 13. P. 4626-4640.
13. Hobbs P.V., Garrett T.J., Ferek R.J., Strader S.R., Hegg D.A., Frick G.M., Hoppel W.A., Gasparovic R.F., Russel L.M., Johnson D.W., O'Dowd C., Durkee P.A., Nielsen K.E., Innis G. Emissions from ships with respect to their effects in clouds // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57, N 16. P. 2570-2590.
14. De Bock L.A., Joos P.E., Noone K.J., Pockalny R.A., Van Grieken R.E. Single particle analysis of aerosols, observed in the marine boundary layer during the Monterey Area Ship Tracks Experiment (MAST), with respect to cloud droplet formation // J. Atmos. Chem. 2000. V. 37, N 3. P. 299-329.
15. Russell L.M., Kevin J.N., Ronald J.F., Robert A.P., Richard C.F., Seinfeld J.H. Combustion Organic Aerosol as Cloud Condensation Nuclei in Ship Tracks // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57, N 16. P. 2591-2606.
16. Moldanova J., Fridell E., Popovicheva O., Demirdjian B., Tishkova V., Faccinetto A., Focsa C. Characterisation of particulate matter and gaseous emissions from a large ship diesel engine // Atmos. Environ. 2009. V. 43, N 16. P. 2632-2641.
17. Popovicheva O., Kireeva E., Shonija N., Zubareva N., Persiantseva N., Tishkova V., Demirdjian B., Moldanovа J., Mogilnikov V. Ship particulate pollutants: Characterization in terms of environmental implication // J. Environ. Monit. 2009. V. 11. P. 2077-2086. doi: 10.1039/b908180a.
18. Поповичева О.Б., Киреева Е.Д., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Могильников В.П. Углеродсодержащие аэрозоли в эмиссиях авиации и морского транспорта // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. T. 46, № 3. C. 368-375.
19. Cain J.P., Gassman P.L., Wang H., Laskin A. Micro-FTIR study of soot chemical composition-evidence of aliphatic hydrocarbons on nascent soot surfaces // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. V. 12, N 20. P. 5173-5488.
20. Kasper A., Aufdenblatten S., Forss A., Mohr M., Burtscher H. Particulate emissions from a low-speed marine diesel engine // Aerosol Sci. Technol. 2007. V. 41, N 1. P. 24-32.
21. Schauer J.J., Kleeman M.J., Cass G., Simoneit B. Measurement of emissions from air pollution sources. 2. C1 through C30 organic compounds from medium duty diesel trucks // Environ. Sci. and Technol. 1999. V. 33, N 10. P. 1578-1587.
22. Kireeva E.D., Popovicheva O.B., Persiantseva N.M., Timofeyev M.A., Shonija N.K. Fractionation analysis of transport engine-generated soot particles with respect to hygroscopicity // J. Atmos. Chem. 2010. V. 64, N 2-3. P. 129-147.
23. Fernandes M., Skjemstad J., Johnson B., Wells J., Brooks P. Characterization of carbonaceous combustion residues. I. Morphological, elemental and spectroscopic features // Chemosphere. 2003. V. 51, N 8. P. 785-795.
24. Popovicheva O.B., Persiantseva N.M., Kuznetsov B.V., Rakhmanova T.A., Shonija N.K., Suzanne J., Ferry D. Microstructure and water adsorbability of aircraft combustor and kerosene flame soots: Toward an aircraft generated soot laboratory surrogate // J. Phys. Chem. 2003. V. 107, N 47. P. 10046-10054.
25. Popovicheva O., Kireeva E., Shonija N., Khokhlova Т. Water interaction with laboratory-simulated fossil fuel combustion particles // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113. P. 10503-10511. doi: 10.1021/jp905522s.
26. Koehler K.A., DeMott P.J., Kreidenweis S.M., Popovicheva O.B., Petters M.D., Carrico C.M., Kireeva E.D., Khokhlova T.D., Shonija N.K. Cloud condensation nuclei and ice nucleation activity of hydrophobic and hydrophilic soot particles // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. P. 7906-7920. doi: 10.1039/b905334b.
27. Белами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Под ред. Ю.А. Пентина. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963. 590 с.
28. Coates J. Interpretation of infrared spectra, a practical approach // Encyclopedia of analytical chemistry. Chichester, John Wiley & Sons Ltd., 2000. P. 10815-10837.
29. Middlebrook A.M., Iraci L.T., McNeill L.S., Koehler B.G., Wilson M.A., Saastad O.W., Tolbert M.A., Hanson D.R. Fourier transform - infrared studies of thin H2SO4/H2O films: Formation, water uptake and solid-liquid phase changes // J. Geophys. Res. D. 1993. V. 98, N 11. P. 20473-20481.
30. Verma S.K., Deb M.K. Direct and rapid determination of sulphate in environmental samples with diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy using KBr substrate // Talanta. 2007. V. 71, N 4. P. 1546-1552.