江蘇高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目江蘇大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練

1、江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目季度檢查報(bào)告學(xué) 校揚(yáng)州大學(xué)項(xiàng)目編號201511117059Y項(xiàng)目名稱揚(yáng)州市顆粒物（PM2.5）水溶性成分分析及源解析研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人顏炳義項(xiàng)目級別（） 重點(diǎn)項(xiàng)目 、（ ）重點(diǎn)自籌項(xiàng)目 、（） 一般項(xiàng)目 、（ ）指導(dǎo)項(xiàng)目一、項(xiàng)目進(jìn)展情況及取得成果（按照項(xiàng)目研究工作計(jì)劃逐一對照填寫）項(xiàng)目進(jìn)展情況（）按計(jì)劃進(jìn)行、（ ）進(jìn)度提前、（ ）進(jìn)度滯后主要研究階段(起止時間)研究內(nèi)容完成情況對揚(yáng)州市四個國控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得揚(yáng)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(jìn)行中項(xiàng)目研究成果（已取得的成果）序號項(xiàng)目成果名稱成果形式1揚(yáng)州市大氣污染物分布規(guī)

2、律論文報(bào)告2簡單測定PM2.5中可溶性離子的測定方法論文報(bào)告3電化學(xué)方法測定試樣中的微量鉛論文報(bào)告揚(yáng)州市大氣污染物分布規(guī)律探索揚(yáng)州市根據(jù)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(yùn)河西路廣陵區(qū)曲江街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)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(shè)立四個檢測站點(diǎn)，每小時讀取一次數(shù)據(jù)，晝夜24小時全年檢測，每組數(shù)據(jù)含8項(xiàng)污染物指標(biāo)，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(xué)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(yán)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(jì)）Fig. 1 Monthly variations of the five pollutants (SO2, NO2, O3, PM 10and PM 2.5

4、) and relative humidity (RH).根據(jù)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(diǎn)是12月主要污染指標(biāo)都大于8月，除了臭氧是夏天遠(yuǎn)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(yuǎn)高于夏天的8月份，夏天的揚(yáng)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(diǎn)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(diǎn)

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(diǎn)鐘和晚上8點(diǎn)左右，SO2的最大值出現(xiàn)在9點(diǎn)鐘?？諝鉂穸仍谙挛?點(diǎn)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(biāo)下降顯著，而臭氧達(dá)到最大值。不同的是一天24小時主要污染指標(biāo)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(diǎn)鐘和晚上8點(diǎn)左右，出現(xiàn)的雙峰的原因是早9點(diǎn)氣壓達(dá)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(dá)到最大值。另外，早7、8點(diǎn)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(qiáng)后光化學(xué)反應(yīng)增加以及夜間積累的反應(yīng)物進(jìn)一步反應(yīng)，這些也是造成污染物濃度提高的原因。晚8點(diǎn)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(yīng)過程和機(jī)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(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等）的變化是產(chǎn)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)和研究后，項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱量0.3996g溶于水中，加入少許濃防止其水解；轉(zhuǎn)移入250mL容量瓶中定容，得1g/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確吸取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL該溶液轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)溶

8、液?？諝鈽颖臼且惶炀褪?4個點(diǎn)，為防止其中含量偏低達(dá)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(dú)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(guān)的資料才了解到：Pm2.5濾膜的材質(zhì)是高純石英棉，熔點(diǎn)1750，而Pb元素的沸點(diǎn)才1105，因此重量法不可行。（2） 簡單酸溶法：將24個樣本獨(dú)立剪開，放入100mL小燒杯中，用濃加熱溶解，過濾，冷卻后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)的體積，因此不適用。 （3）超聲波溶解法：將24個樣本獨(dú)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(jié)束后，加入少量蒸餾水，抽濾，抽得約30mL溶液，轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)。 （4）微波消解法：將24個樣本獨(dú)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(shè)定多步反應(yīng)，第一步反應(yīng)溫度

10、130、壓力16atm、保溫時間2min，第二步反應(yīng)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(nèi)大氣壓是開爐小心取出，用注射器轉(zhuǎn)移出消化罐，轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)。電化學(xué)方法測定試樣中的微量鉛原先采用的分光光度法在實(shí)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(xiàng)目組在與導(dǎo)師的交流下決定探索另一種方法進(jìn)行測定作業(yè)。由于電化學(xué)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(diǎn),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(xiàng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xì)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(jī)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(zhì)溶液中，用循環(huán)伏安法在-1.52.0 V電位范圍內(nèi)、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(shí)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(jìn)行測定。圖5為不同地區(qū)樣品的測試結(jié)果，表1為電化學(xué)測定方法與分光光度法測定結(jié)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(jié)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(xué)方法與分光光度法測定結(jié)果Table.1 the results of electrochemical test and spectrophotometric test for samples obtained from different places樣品樣品數(shù)量地點(diǎn)電化學(xué)測定結(jié)果(10-6 mol/L)分光光度法測定結(jié)果(10-6 mol/L)相對偏差(%) 紙帶5揚(yáng)州市環(huán)境監(jiān)測站0.400.400 5揚(yáng)州市第四醫(yī)院0.780.790.63 5 揚(yáng)州市邗江區(qū)環(huán)境監(jiān)測站1.812 1.8200.455揚(yáng)州市東財(cái)

14、2.5802.5400.78通過測定可知揚(yáng)州市環(huán)境監(jiān)測站的鉛離子平均濃度揚(yáng)州市第四醫(yī)院 揚(yáng)州市邗江區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 揚(yáng)州市東財(cái). 揚(yáng)州市東財(cái)以及揚(yáng)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(diǎn)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(yáng)州市環(huán)境監(jiān)測站和揚(yáng)州市第四醫(yī)院坐落于著名的瘦西湖風(fēng)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(jīng)費(fèi)使用明細(xì)情況項(xiàng)目獲批總經(jīng)費(fèi)： 6000 元已使用項(xiàng)目研究經(jīng)費(fèi)： 2000 元已報(bào)銷金額： 0 元未報(bào)銷金額： 2000 元項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)開支情況名目用途金額備注論文版面費(fèi)0專利申請費(fèi)0調(diào)研、差旅費(fèi)350打印、復(fù)印費(fèi)50資料費(fèi)100試劑等耗材費(fèi)500元器件、軟硬件測試、小型硬件購置費(fèi)1000其它4、 項(xiàng)目后期具體工作計(jì)劃對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并發(fā)表論文，對得出的成果申請專利五、指導(dǎo)教師意見：（包括項(xiàng)目的組織實(shí)施、進(jìn)度、預(yù)期效果、