江蘇高等學校大學生創(chuàng)新訓練計劃項目江蘇大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練

1、江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目季度檢查報告學 校揚州大學項目編號201511117059Y項目名稱揚州市顆粒物（PM2.5）水溶性成分分析及源解析研究項目負責人顏炳義項目級別（） 重點項目 、（ ）重點自籌項目 、（） 一般項目 、（ ）指導項目一、項目進展情況及取得成果（按照項目研究工作計劃逐一對照填寫）項目進展情況（）按計劃進行、（ ）進度提前、（ ）進度滯后主要研究階段(起止時間)研究內容完成情況對揚州市四個國控點數據進行分析，獲得揚州市的空氣污染分布特征已完成探究測定PM2.5中水溶性離子的方法進行中項目研究成果（已取得的成果）序號項目成果名稱成果形式1揚州市大氣污染物分布規(guī)

2、律論文報告2簡單測定PM2.5中可溶性離子的測定方法論文報告3電化學方法測定試樣中的微量鉛論文報告揚州市大氣污染物分布規(guī)律探索揚州市根據人口密度及城市的布局，于2015年底分別在城區(qū)東南方向的運河西路廣陵區(qū)曲江街道社區(qū)衛(wèi)生服務中心、東北方向市第四人民醫(yī)院、西南方向邗江環(huán)保局和西北方向市環(huán)境檢測站設立四個檢測站點，每小時讀取一次數據，晝夜24小時全年檢測，每組數據含8項污染物指標，檢測空氣主要污染物PM2.5、PM10、SO2、NO、NO2、NOx、O3和CO等的濃度。PM 10和PM 2.5濃度是利用Met One 通過-射線法獲得；臭氧和SO2通過紫外可見吸收光譜和熒光光譜測得。NO 、NO

3、2和NOx的濃度由化學發(fā)光法獲得。圖1顯示了主要污染物全市全年的變化情況。由圖可見：(1) PM2.5、PM10、SO2和NO2在1和12月污染最嚴重，7至9月，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO污染最輕； (2) NO2濃度的走向基本上與O3相反。PM10和PM2.5濃度的走向在4-10月份基本上與臭氧一致。SO2、NO2和CO濃度的走向總體上與PM2.5和PM10一致； 圖1. 全市全年主要污染物濃度變化情況（以月平均值統(tǒng)計）Fig. 1 Monthly variations of the five pollutants (SO2, NO2, O3, PM 10and PM 2.5

4、) and relative humidity (RH).根據主要污染物全市全年的變化情況，比較8月和12月污染物均值的變化，突出的不同點是12月主要污染指標都大于8月，除了臭氧是夏天遠大于冬天外。另外，8月和12月的PM2.5/PM10的比值分別是：51.6%和73.3%，表明12月份PM10中PM2.5的比例遠高于夏天的8月份，夏天的揚塵較多。 圖2. 全市平均每天24 h主要污染物濃度變化情況 (A) (A:城東，B: 第四醫(yī)院；C：邗江監(jiān)測站；D:環(huán)保站)及氣候變化情況（B）圖2為各監(jiān)測點一天24小時中主要污染物濃度的年平均變化。PM2.5和PM10在一天中的濃度變化呈雙峰形，下午2點

5、左右出現(xiàn)最低谷，而此時正是臭氧單峰形的最高值。PM2.5、PM10和NO2最大值出現(xiàn)在上午7-8點鐘和晚上8點左右，SO2的最大值出現(xiàn)在9點鐘。空氣濕度在下午2點出現(xiàn)最低值。主要污染物一天24小時變化的規(guī)律與一年中12個月的變化規(guī)律非常相似，夏天和一天中的中午，氣溫較高，空氣上升輻散較大，主要污染指標下降顯著，而臭氧達到最大值。不同的是一天24小時主要污染指標的變化出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象。 在每日24小時的變化中（見Error! Reference source not found.A），PM2.5、PM10和NO2最大值出現(xiàn)在上午7-8點鐘和晚上8點左右，出現(xiàn)的雙峰的原因是早9點氣壓達到最大值（圖2

6、B），濕度開始下降，在高壓區(qū)里存在著下沉氣流，由此使氣溫絕熱上升，容易形成上熱下冷的逆溫現(xiàn)象，此時，PM、SO2、NO2、NO和CO達到最大值。另外，早7、8點鐘時人們的活動增加、燃燒和汽車尾氣排放的增加、光線增強后光化學反應增加以及夜間積累的反應物進一步反應，這些也是造成污染物濃度提高的原因。晚8點污染物增加的原因是由于氣溫下降，濕度上升，氣壓上升，引起PM下沉，同時中午生成的SO42-和NO3-鹽的凝聚，以及下班高峰后污染物排放的增加也是原因之一。PM、SO2、NO2、NO、CO和VOC來源與匯各不相同，大氣中反應過程和機理也不相同，但幾乎都在相近的時間升高或下降，這表明氣象條件（如氣溫、

7、濕度、風速、風向、氣壓等）的變化是產生這一現(xiàn)象的主要因素。對于簡單測定PM2.5中可溶性離子的測定方法的探索2015年11月份開始，課題組開始學習各種測定微量元素含量的儀器的使用方法，如：原子吸收光譜法（乙炔空氣、石墨爐）、ICP等。在深入學習和研究后，項目組決定采用綜合性價比相對較高的原子吸收光譜法測定。首先配置標準溶液：準確稱量0.3996g溶于水中，加入少許濃防止其水解；轉移入250mL容量瓶中定容，得1g/L的標準溶液。準確吸取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL該溶液轉移入50mL容量瓶中定容，得濃度梯度為8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L、40mg/L標準溶

8、液?？諝鈽颖臼且惶炀褪?4個點，為防止其中含量偏低達不到儀器的最低檢出限，我們決定以一天為一個基本單位，探究如下：（1） 重量法：將24個樣本獨立剪開，放入坩堝中，在馬弗爐130下加熱1h。待降溫后取出，發(fā)現(xiàn)膜上的灰塵被燒光，其他并沒有什么明顯的變化。接著我們繼續(xù)加溫至300，還是沒有變化。最后一次加溫至800，依然沒有變化。后來我們聯(lián)系了環(huán)保局，并查閱了相關的資料才了解到：Pm2.5濾膜的材質是高純石英棉，熔點1750，而Pb元素的沸點才1105，因此重量法不可行。（2） 簡單酸溶法：將24個樣本獨立剪開，放入100mL小燒杯中，用濃加熱溶解，過濾，冷卻后轉移入50mL容量瓶定容。該法簡單，

9、但是不易于操作，固體體積過大，少量酸也很難浸潤，且并不能把所有的原子全部轉移出來，若要潤洗會增加大量水的體積，蒸發(fā)可能會減少溶質的體積，因此不適用。 （3）超聲波溶解法：將24個樣本獨立剪開，放入100mL小燒杯中，加入20mL濃，放入超聲波清洗儀，超聲1h。超聲溶解結束后，加入少量蒸餾水，抽濾，抽得約30mL溶液，轉移入50ML容量瓶中定容，原子吸收光譜顯示離子提取成功，優(yōu)劣還有待多次實驗總結。 （4）微波消解法：將24個樣本獨立剪開，分成兩份，一份12片放入定位罐，并加入5mL新制王水（王水比例：濃HCl=1:3、濃固體重量小于0.2g，液體體積小于10mL）。設定多步反應，第一步反應溫度

10、130、壓力16atm、保溫時間2min，第二步反應溫度180、壓力30atm、保溫時間10min。待溫度和壓力都降至室溫與室內大氣壓是開爐小心取出，用注射器轉移出消化罐，轉移入50mL容量瓶中并定容，原子吸收光譜顯示離子提取成功，優(yōu)劣還有待多次實驗總結。電化學方法測定試樣中的微量鉛原先采用的分光光度法在實際測定時，由于樣品中鉛離子含量過低，常常會有較大的誤差。因此項目組在與導師的交流下決定探索另一種方法進行測定作業(yè)。由于電化學分析法具有檢測速度快、測定范圍寬、便于攜帶等眾多優(yōu)點,是一種更具有發(fā)展前景的重金屬離子檢測分析方法。最終項目組決定采用聚甘氨酸/碳納米管萘酚修飾電極測定鉛離子的方法。具

11、體方法如下：（1）修飾液的制備用無水乙醇將質量分數為5%的萘酚稀釋到0.5%，然后將0.005 g的石墨烯溶于5 ml 0.5% 萘酚中，在超聲清洗儀中震蕩20 min使之混合均勻。（2）修飾電極的制備將玻碳電極用Al2O3粉末在拋光布上仔細打磨干凈（電壓差小于75mV），沖洗干凈后，置于超聲波清洗器中震蕩 1 min, 再用乙醇和純水分別沖洗，沖洗后，用惰性氣體將電極吹干，滴5L修飾液，晾干，至有機溶劑揮發(fā)完畢后，將處理好的電極浸入含有5.0010-4 mol/L甘氨酸的0.1 mol/L硝酸鈉電解質溶液中，用循環(huán)伏安法在-1.52.0 V電位范圍內、掃描速度為20 mV/s掃描20周后取出

12、電極，可以看出電極表面形成一層致密的薄膜，將電極烘干后備用。（3） 實際測定富集電位-0.9 V，電沉積時間120 s，底液0.1 mol/L HNO3（pH=1）。采用上述樣品，用聚甘氨酸多壁碳納米管/萘酚電極進行測定。圖5為不同地區(qū)樣品的測試結果，表1為電化學測定方法與分光光度法測定結果的對比以及不同地區(qū)樣品的鉛離子濃度，較高的鉛離子濃度主要來源于人為，例如礦物燃料燃燒以及生物燃燒等。圖5 不同地區(qū)檢測結果的DPV圖Fig 3.13 DPV responses of samples obtained from different places on the polyglycine - MW

13、CNTs / Nafion modified electrode表1 不同地區(qū)電化學方法與分光光度法測定結果Table.1 the results of electrochemical test and spectrophotometric test for samples obtained from different places樣品樣品數量地點電化學測定結果(10-6 mol/L)分光光度法測定結果(10-6 mol/L)相對偏差(%) 紙帶5揚州市環(huán)境監(jiān)測站0.400.400 5揚州市第四醫(yī)院0.780.790.63 5 揚州市邗江區(qū)環(huán)境監(jiān)測站1.812 1.8200.455揚州市東財

14、2.5802.5400.78通過測定可知揚州市環(huán)境監(jiān)測站的鉛離子平均濃度揚州市第四醫(yī)院 揚州市邗江區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 揚州市東財. 揚州市東財以及揚州市邗江區(qū)環(huán)保局的鉛離子濃度比其它兩個地區(qū)的鉛離子濃度大的原因是這兩個監(jiān)測點附近有很多主干路線，每天有大量的車流量并且附近有大型工廠，所以鉛離子濃度較高。而揚州市環(huán)境監(jiān)測站和揚州市第四醫(yī)院坐落于著名的瘦西湖風景區(qū)和蜀崗西峰生態(tài)公園附近，所以空氣相對要清新也就意味著PM2.5含量較低，所以PM2.5中的鉛離子濃度也較低 。三、經費使用明細情況項目獲批總經費： 6000 元已使用項目研究經費： 2000 元已報銷金額： 0 元未報銷金額： 2000 元項目經費開支情況名目用途金額備注論文版面費0專利申請費0調研、差旅費350打印、復印費50資料費100試劑等耗材費500元器件、軟硬件測試、小型硬件購置費1000其它4、 項目后期具體工作計劃對獲得的數據進行整理并發(fā)表論文，對得出的成果申請專利五、指導教師意見：（包括項目的組織實施、進度、預期效果、