Раскрытие связей между оксидами азота и сульфатами в воздухе помогает бороться с смогом

Густой смог с высокой влажностью, низкой видимостью и экстремально высоким содержанием PM2.5 остается серьезной проблемой для мегаполисов, включая города материкового Китая. Среди частиц диаметром менее 2,5 микрон (PM2.5) сульфаты, образующиеся в атмосфере при окислении диоксида серы (SO₂), являются одним из основных компонентов смога.

Хотя связь между диоксидом серы и образованием сульфатов общеизвестна, сложные окислители и механизмы, обеспечивающие эту трансформацию, изучены плохо. В частности, неясна роль оксидов азота (NO_x) в производстве сульфатов. В отличие от NO_x, которые напрямую выбрасываются транспортными средствами и при сжигании ископаемого топлива, сульфаты не имеют прямых источников загрязнения, что осложняет управление их выбросами.

Исследовательская группа под руководством профессора Юй Цзяньчжэня из Гонконгского университета науки и технологий в сотрудничестве с Калифорнийским технологическим институтом впервые систематически изучила множественные роли NO_x в образовании сульфатов. Ученые выделили три режима механизма образования, соответствующие трем различным ролям NO_x в зависимости от химического окружения. При низком уровне NO_x они катализируют цикл гидроксильных радикалов — эффективного окислителя SO₂ — и способствуют образованию сульфатов. При чрезвычайно высоком уровне NO_x, характерном для условий смога, они сами выступают в качестве доминирующих окислителей SO₂. Однако в среде со средне-высоким уровнем NO_x диоксид азота (NO₂) поглощает гидроксильные радикалы, подавляя окисление SO₂ и, следовательно, образование сульфатов.

Эти результаты показывают, что для снижения уровня сульфатов в условиях сильного загрязнения необходим совместный контроль выбросов SO₂ и NO_x. Однако в среде со средне-высоким уровнем NO_x их подавление, наоборот, может привести к росту концентрации сульфатов в воздухе.

«Поскольку сульфаты образуются в атмосфере и не могут контролироваться напрямую, мы должны воздействовать на их предшественников, такие как диоксид серы и оксиды азота. Эффективное снижение содержания сульфатов в воздухе зависит от понимания количественной взаимосвязи с их предшественниками. Эта работа закладывает концептуальную основу для определения взаимосвязи между сульфатами и одним из наборов их контролируемых предшественников, оксидами азота (NO_x) — как низкая, так и чрезвычайно высокая концентрация NO_x может стимулировать производство сульфатов. На это должны обратить внимание политики при попытках контролировать выбросы NO_x», — пояснил профессор Юй.

Поскольку сульфаты являются одним из основных компонентов, приводящих к образованию смога и кислотных дождей, это исследование закладывает основу для разработки более эффективных мер по борьбе с этим загрязнителем, который не только ухудшает видимость и подкисляет водную среду, но и вредит здоровью человека. Результаты работы были недавно опубликованы в научном журнале Nature Geoscience.