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酸性变化驱动下金属催化作用促进冬季华北平原二次无机气溶胶生成

催化氧化；颗粒物酸度；液相/非均相反应

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.8 大气气溶胶化学机制

二次无机气溶胶（SIA）是冬季华北平原PM_2.5污染的主要组分，其生成受到颗粒物酸度（pH）的显著影响，但不同酸度条件下SIA生成机制尚未阐明。本研究利用华北平原某农村站点四年冬季污染过程中PM_2.5化学成分小时数据，通过ISORROPIA II模型计算颗粒物pH值。结果显示，污染期间颗粒物pH值呈现中度酸性（3~6）和高度酸性（<3），SIA在中度和高度酸性条件下分别占PM_2.5的58%和66%。SIA与氧化剂O_x（O₃+NO₂）及气溶胶液态水含量（ALWC）的相关性表明，光化学氧化与液相/非均相反应是SIA生成的主要途径。此外，在中度酸性下，NO₃⁻浓度与过渡金属（R²=0.580）、ALWC（R²=0.518）呈现强正相关，表明液相催化氧化过程可能增强了NO₃⁻生成，而SO₄²⁻与O_x（R²=0.552）和ALWC（R²=0.501）显示出强正相关。在高度酸性下，NO_x与过渡金属（R²=0.539）、NO₃⁻（R²=0.517）以及SO₄²⁻与过渡金属（R²=0.601）、ALWC（R²=0.530）均呈显著正相关，这表明过渡金属既能促进NO_x向NO₃⁻的气-粒转化，也可在液相条件下主导SO₄²⁻生成。机器学习识别出在中度酸性下相对湿度（15.33%）和过渡金属（15.13%）是影响NO₃⁻生成的关键因子，而O₃（17.74%）和ALWC（17.67%）对SO₄²⁻生成起主导作用；高度酸性下，NO_x和过渡金属对NO₃⁻（25.45%; 14.43%）和SO₄²⁻（25.10%; 23.05%）生成均至关重要。本研究揭示了不同酸度条件下过渡金属在气-粒分配和液相/非均相反应中对SIA生成的重要作用，未来应进一步考虑pH对SIA生成机制的差异化影响。