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\ begingroup美元

NPR新闻的文章研究发现,种植玉米是空气污染的主要原因它谈到了与种植玉米有关的所有污染源,并挑出氨在土壤中的应用是一个令人惊讶的污染方面。

文章称,氨从土壤中释放到大气中,最终导致PM2.5的产生,是对人类有害的主要污染源。它链接到《自然》杂志上的新付费论文玉米与空气质量有关的健康损害

问题:空气中微量氨会导致PM2.5产生的化学和/或物理过程是什么?

摘自文章:

希尔说,这项研究估计,“4300例过早死亡可归因于玉米生产。”“这大约是所有(空气污染相关的)农业死亡人数的四分之一。这是重要的。”

根据这项研究,绝大多数(86%)的PM2.5排放发生在农场,其余发生在供应链的其他地方。罪魁祸首是谁?

肥料的应用程序。

希尔说:“施用化肥产生的氨约占可归因死亡的70%。”肥料中的氮有助于植物生长,但并不是所有的氮都能被植物利用。希尔说:“一些氮被冲入水道,一些氮以氨的形式释放到大气中。”

希尔说,一旦氨进入大气,它就会与其他颗粒发生反应,主要是氮和硫氧化物,形成PM2.5。


从生物学SE的问题为什么施用无水氨肥会导致土壤细菌产生一氧化二氮?

下图:新种植的麦田中的无水氨罐。沃尔玛承诺大幅削减温室气体排放。不过,为了实现这一目标,这家零售巨头可能不得不说服农民减少化肥的使用。这并不容易。TheBusman /盖蒂图片社。从在这里

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\ endgroup美元

    1回答1

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    \ begingroup美元

    酸/碱化学

    气态氨(NH_3美元)在水中溶解时起碱性作用。反应如下。

    NH_3美元(g) + H_2美元O(左)\ rightleftharpoons美元NH_3美元(aq)

    NH_3美元(aq) + H_3美元O$ ^ + $(aq)\ rightleftharpoons美元NH美元_4 ^ + $(aq) + H_2美元O(左)

    最终产物是铵离子。我们也有气相物质SO_2美元也没有_2美元在空气中。它们溶于水,形成酸H的共轭物_2美元所以_4美元和HNO_3美元(如。美元_4 ^ {2,}$)。

    质子化铵和去质子化酸(如NO美元_3 ^ -美元)不再是气态的。它们也不是固体。它们是溶解离子。

    沉淀和成核

    铵离子在酸碱反应中与酸性阴离子反应形成盐络合物。一个例子是硫酸铵(NH_4美元_2美元所以_4美元.浓度低时,盐在水中以溶解的形式存在。随着盐浓度的增加,在某一时刻,盐凝结成固体(从溶液中析出)。当空气中的水滴吸收更多的酸和碱时,盐的浓度就会增加。随着水滴蒸发,盐的浓度也会增加。这使得水滴成为形成固体盐颗粒的场所。

    空气中还含有超细颗粒等其他固体。认为……灰尘。

    水中的所有固体表面都是催化溶解盐进一步捕获的场所。它们作为质子交换介质,比液相本身更好。

    固体颗粒的形成或溶解的物质被捕获到固体表面的过程称为成核。成核之后是生长。当条件反过来时,一些固体盐可以交替地再溶解。例如,它周围溶液中的盐浓度降低。

    下图说明了使用氨和硝酸(由二氧化氮形成)的整个过程。

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    图片说明:绿色字体中的化合物位于(大部分是湿的)颗粒表面或溶解在液滴水中。用黑色字体书写的化合物为气态化合物。在连接气体的箭头上缺少第二个箭头HNO_3美元和particle-boundsHNO_3美元.气体NH_3美元在这个图形中缺失。

    因为质子交换是在表面或液滴中进行的,粒子以有利的方式生长而不是重新溶解(见下文)。

    参考文献

    粒径分布示例如下(个人作品(Neumann, 2016,图2.1),而是基于Seinfeld和Pandis (2006a, Fig. 2.7,p.59)的内容,这是基于Whitby和Cantrell (1976))。y轴表示粒子丰度(大致;具体请参见上述链接文件中的图2.2)。

    在这里输入图像描述

    右边粗颗粒的主要来源是颗粒的初级排放(灰尘,海盐,…)中心的堆积型颗粒部分是由初级排放(细海盐、燃烧过程等)引起的,部分是由较小颗粒(艾特肯模式或超细颗粒)生长而来。实际上,超细颗粒是由所谓的成核模式颗粒通过进一步的大气气体化合物冷凝而生长出来的。这里缺少成核模式(并与艾特肯模式合并)。成核态粒子是由氨和大气中的酸形成的粒子。

    这些成核模式粒子的其他来源是气态有机化合物,它们聚集在一起形成粒子。后者也被称为SOA(二次有机气溶胶)。异戊二烯是形成SOA的化合物之一。

    健康影响

    当我们把燃烧废气污染的空气(NO_X美元)当空气受到农业排放的影响时,我们可以预期会形成硝酸铵颗粒(美元NH_4 ^ + $+美元NO_3 ^ -美元)。硝酸铵会刺激眼睛、鼻子和肺。正如评论中所述,据我所知,硝酸铵颗粒不像细煤烟颗粒那样有害。但我不是这方面的专家。

    硫酸铵(由二氧化硫美元燃烧排放)已被证明对呼吸系统有负面影响,对心血管系统(心脏等;如果颗粒足够小,可以穿透肺-血屏障)。

    超细硝酸铵颗粒可以成为进一步气态化合物(例如VOC(挥发性有机化合物))冷凝的核,这可能对我们的呼吸系统产生有害影响。

    笔记

    通常,大气颗粒不是干燥的球体/物质块,而是以某种方式与水有关:含有溶解化合物的水滴或含有水的固体核心附加浮出水面;而溶解的化合物可能溶解在后一种类型的水中。

    气态酸在大气中的生存时间非常短,因为它们倾向于附着在水上(并发生脱质子反应——降低水的pH值)。在一定程度上,前驱体到酸的反应发生在湿颗粒/液滴相。例如,大部分生产的硫酸(H_2SO_4美元)发生在湿阶段。

    博士tl;

    因此,我们通过氨的凝结(作为碱)和酸的凝结/形成来促进超细核的生长。

    引用:

    • 2006年《宋飞正传》大气化学与物理:从空气污染到气候变化
    • 惠特比和坎特雷尔,1976年:微粒Proc, Int。相依之环境。先生和屁股
    \ endgroup美元
    8
    • 1
      \ begingroup美元 好的,谢谢,我开始明白了。我的链接新闻文章所讨论的粒子几乎都是水气溶胶,每个液滴都有一些原始的酸或碱分子。这里所说的PM2.5的产生基本上是一种纯净到可以饮用的细水雾,完全不像碳烟所覆盖的高表面体积比颗粒多环芳烃来自于柴油拖拉机的发动机拉着氨水罐,或者可能是一个满是炸锅的夜市。 \ endgroup美元
      - - - - - -uhoh
      2019年4月2日13:20
    • 1
      \ begingroup美元 @uhoh:我更新了答案 \ endgroup美元
      - - - - - -daniel.heydebreck
      2019年4月2日13:36
    • 1
      \ begingroup美元 非常感谢!我将对此进行全面的阅读,似乎(就像地球科学中的所有内容一样)江南体育网页版很多比我想象的还要复杂;-) \ endgroup美元
      - - - - - -uhoh
      2019年4月2日13:41
    • 1
      \ begingroup美元 我建议你去图书馆看看《宋飞正传》(Seinfeld and Pandis)(见最新的参考资料)。I写得很好。2015年或类似版本的第三版已经上市。 \ endgroup美元
      - - - - - -daniel.heydebreck
      2019年4月2日13:50
    • 2
      \ begingroup美元 我用酸碱化学的基本原理进行了修改。我对大气中的离子还不够了解。不管存在什么离子,它们都不是固体!我也不能接受气相离子直接反应形成固体颗粒(即图中最后一行所描绘的那样)。我倾向于认为气相离子首先溶解在原子核周围的水层中,然后在固体表面成核/反应,从而促进生长。我再次建议,图中的物种需要明确地包括它们的STATE名称(g, aq, s),以提高清晰度(也许还可以纠正错误)。 \ endgroup美元 2019年4月3日17:16

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