Механизм захвата O₃ на компоненте MgCl₂ · 6H₂O морской соли

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследован захват O₃ на компоненте MgCl₂ · 6H₂O морской соли при T = 254 и 295 К в диапазоне [O₃] = 2.5 · 10¹³–1.6 · 10¹⁴ cм⁻³ с использованием проточного реактора с подвижной вставкой и масс-спектрометрической регистрации. Получена временна́я зависимость коэффициента захвата озона при различных концентрациях O₃ в диапазоне относительной влажности от нуля до 24%. Методом математического моделирования, исходя из формы зависимости коэффициента захвата и его временно́го спада от концентрации озона, установлен механизм захвата и сделана оценка элементарных кинетических параметров, на основании которых можно экстраполировать временно́е поведение коэффициента захвата к условиям тропосферы при произвольных концентрациях озона. Захват озона при комнатной температуре происходит по механизму реакции адсорбированной молекулы на поверхности субстрата. Механизм включает стадию обратимой адсорбции, образование адсорбированного комплекса и его последующий мономолекулярный распад с выходом в газовую фазу молекулярного хлора. При низких температурах захват протекает через рекомбинацию по реакционному механизму Или–Ридила: он включает в себя обратимую адсорбцию, образование поверхностного комплекса, его реакцию с молекулой озона из газовой фазы и выходом в газовую фазу молекулы кислорода. Образование хлора при этом не происходит. Зависимости коэффициента захвата от относительной влажности в диапазоне ее значений от 0 до 24% при Т = 254 К не обнаружено.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Зеленов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.zelenov48@gmail.com
Россия, Москва

Е. В. Апарина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: v.zelenov48@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Shinozuka Y., Clarke A.D., Howell S.G. et al. // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. P. D24201; https://doi.org/10.1029/2004JD004975
  2. Bondy A.L., Wang B., Laskin A. et al. // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 9533; https://doi.org/10.1021/acs.est.7b02085
  3. Liu S., Liu C.-C., Froid K.D. et al., // PNAS. 2020. V. 118. № 9. P. e2020583118; https://doi.org/10.1073/pnas.2020583118
  4. Liao H., Chen W.-T., Seinfeld J.H. // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. P. D12304; https://doi.org/10.1029/2005JD006852
  5. Vignati E., Facchini M.C., Rinaldi M. et al. // Atmos. Environ. 2010. V. 44. P. 670; https://doi.org/10.1016/atmosenv.2009.11.013
  6. Su B., Wang T., Zhang G. et al. // Atmos. Environ. 2022. V. 290. P. 119365; https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2022.119365
  7. Jaeglé L., Quinn P.K., Bates T.S. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 3137; https://doi.org/1010.5194/acp-11-3137-2011
  8. Quinn P.K., Coffman D.J. // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. D16575; https://doi.org/10.1029/97JD03757
  9. Bates T.S., Quinn P.K., Coffman D.J. et al., // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. D20767; https://doi.org/10.1029/2000JD900578
  10. Spada M., Pérez Garcia-Pando C., Janjic Z., Baldasano J.M. // Atmos. Environ. 2015. V. 101. P. 41; http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.11.019
  11. Piazzola J., Despiau S. //J. Aerosol Sci. 1997. V. 28. P. 1579; https://doi.org/10.1016/S0021-8502(97)00020-7
  12. Murphy D.M., Froyd K.D., Bian H. et al., // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 4093; https://doi.org/10.5194/acp-19-4093-2019
  13. Bian H., Froyd K., Murphy P.M. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 10773; https://doi.org/10.5194/acp-19-10773-2019
  14. Deuzé J.L., Herman M., Goloub P. et al. // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26. P. 1421; https://doi.org/10.1029/1999GL900168
  15. Feng L., Shen H., Zhu Y. et al., // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 41260; https://doi.org/10.1038/srep41260
  16. Никольский Б.П. Справочник химика. М: ГНТИ хим. лит-ры, 1966.
  17. Finlayson-Pitts B.J. // Chem. Rev. 2003. V. 103. P. 4801; https://doi.org/10.1021/cr020653t
  18. Rossi M.J. // Chem. Rev. 2003. V. 103. P. 4823; https://doi.org/10.1021/cr020507n
  19. Abbatt J.P.D., Waschewsky G.C.G. // J. Phys. Chem. 1998. V. 102. P. 3719; https://doi.org/10.1021/jp980932d
  20. Ларин И.К., Алоян А.Е., Ермаков А.Н. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 86; https://doi.org/10.31857/S0207401X21050095
  21. Sander E., Crutzen P.J. // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. D9121; https://doi.org/10.1029/95JD03793
  22. Lehler E., Hönninger G., Platt U. // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 2427; https://doi.org/10.5194/acp-4-2427-2004
  23. Cao L., Fan L., Li S., Yang S. // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 3875; https://doi.org/10.5194/acp-22-3875-2022
  24. Womack C.C., Chace W.S., Wang S. et al. // Environ. Sci. Technol. 2023. V. 57. P. 1870; https://doi.org/10.1021/acs.est.2c05376
  25. Keene W.C., Stutz J., Pszenny A.A.P. et al. // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D10S12; https://doi.org/10.1029/2006JD007689
  26. Pechtl S., von Glasow R. // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. P. L11813; https://doi.org/10.1029/2007GL029761
  27. Oum K.W., Lakin M.J., DeHaan D.O. et al. // Science 1998. V. 279. P. 74; https://doi.org/10.1126/science279.5347.74
  28. Евстафьева Е.В., Лапченко В.А., Макарова А.С. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 11. С. 42; https://doi.org/10.1134/S0207401X19110037
  29. Shi W., Sun Q., Du P. et al. // Environ. Sci. Technol. 2020. V. 54. P. 2859; https://doi.org/10.1021/acs.est.9b05978
  30. Jacob D.J. // Atmos. Environ. 2000. V. 34. P. 2131; https://doi.org/10.1016/S1352-2310(99)00462-8
  31. Monks P.S., Archibald A.T., Colette A. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 8889; https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015
  32. Andersen S.T., Nelson B.S., Read K.A. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 15747; https://doi.org/10.5194/acp-22-15747-2022
  33. Ларин И.К. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 37; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050089
  34. Cristofanelli P., Putero D., Bonasoni P. et al. // Atmos. Environ. 2018. V. 177. P. 54; https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.01.007
  35. Derwent R.G., Parrish D.D. // Atmos. Environ. 2022. V. 286. P. 119222; https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2022.119222
  36. Sun L., Xue L., Wang Y. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 1455; https://doi.org/10.5194/acp-19-1455-2019
  37. Riley M.L., Watt S., Jiang N. // Atmos. Environ. 2022. V. 281. P. 119143; https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2022.119143
  38. Nussbaumer C., Cohen R.C. // Environ. Sci. Technol. 2020. V. 54. P. 15652; https://doi.org/10.1021/acs.est.0c04910
  39. Yusoff M.F., Latif M.T., Juneng L. et al. // Atmos. Environ. 2019. V. 207. P. 105; https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.03.023
  40. Gong C., Liao H. // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 13725; https://doi.org/10.5194/acp-19-13725-2019
  41. Wang W., Yuan B., Peng Y. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 4117; https://doi.org/10.5194/acp-22-4117-2022
  42. Alebic-Juretic A., Cvitas T., Klasinc L. // Environ. Monitor. Assess. 1997. V. 44. P. 241; https://doi.org/10.1023/A:1005788624410
  43. Oum K.W., Lakin M.J., Finlayson-Pitts B.J. // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 3923; https://doi.org/10.1029/1998GL900078
  44. Hirokawa J., Onaka K., Kajii Y., Akimoto H. // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 2449; https://doi.org/10.1029/98GL01815
  45. Mochida M., Hirokawa J., Akimoto H. // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27. P. 2629; https://doi.org/10.1029/1999GL010927
  46. Sadanaga Y., Hirokawa J., Akimoto H. // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28. P. 4433; https://doi.org/10.1029/2001GL013722
  47. Зеленов В.В., Апарина Е.В., Чудинов А.В., Каштанов С.А. // Хим. физика. 2010. Т. 29. № 5. С. 39.
  48. Зеленов В.В., Апарина Е.В. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 1. С. 73; https://doi.org/10.31857/S0207401X23010144
  49. Laidler K.J. Chemical kinetics. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1965.
  50. Utter R.G., Burkholder J.B., Howard C.J., Ravishankara A.R. // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. P. 4973; https://doi.org/10.1021/j100191a045
  51. Moreno C., Baeza-Romero M.T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 19835; https://doi.org/10.1039/c9cpo3430g
  52. Ивлиев Л.С. // Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Лен. Университет, 1982.
  53. Brasseur G., Solomon S. // Aeronomy of the Middle Atmosphere. 3rd ed. Dordrecht, Netherlands: Springer, 2005.
  54. Kolb C.E., Cox R.A., Abbatt J.P.D., Ammann M., Davis E.J. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 10561; https://doi.org/10.5194/acp-10-10561-2010
  55. Зеленов В.В., Апарина Е.В. // Хим. физика 2021. Т. 40. № 10. С. 76; https://doi.org/10.31857/S0207401X21100137

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение концентрации реагента O₃ в реакторе при введении в него подвижного стержня с покрытием из MgCl₂ · 6H₂O. Условия захвата O₃: [O₃] = 8 · 10¹³ см⁻³, Т = 295 К, давление p = 5 Торр, ΔL = 30 см, средняя скорость потока гелия u = 45 см · с⁻¹. Светлые символы – измеряемая концентрация O₃ при периодическом удалении стержня с покрытием из зоны контакта; темные символы – концентрация O₃ при введенном стержне в зону реакции.

Скачать (97KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Времязависимый коэффициент захвата О₃ (символы), рассчитанный из данных рис. 1 по формуле (1); сплошная кривая – аппроксимация по формуле (2) с параметрами из табл. 1.

Скачать (72KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость параметра γᵣ времязависимого захвата O₃ на покрытии из MgCl₂ · 6H₂O при T = 295 K от [O₃]: символы – экспериментальные данные из табл. 1, сплошная прямая – аппроксимация по формуле (3) с параметрами γᵣ,ₘₐₓ и KL из табл. 3.

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость параметра τ⁻¹ времязависимого захвата O₃ на покрытии из MgCl₂ · 6H₂O при T = 295 K от [O₃]: символы – экспериментальные данные из табл. 1, сплошная прямая – аппроксимация по формуле (4) с параметрами KL и kᵣ из табл. 3.

Скачать (61KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость параметра γᵣ времязависимого захвата O₃ на покрытии из MgCl₂ · 6H₂O при T = 254 K от [O₃]: символы – экспериментальные данные из табл. 2, сплошная прямая – аппроксимация по формуле (6) с параметрами γᵣ,ₘₐₓи KL из табл. 3.

Скачать (60KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость параметра τ⁻¹ времязависимого захвата O₃ на покрытии из MgCl₂ · 6H₂O при T = 254 K от [O₃]: символы – экспериментальные данные из табл. 2, сплошная прямая – аппроксимация по формуле (7) с параметрами KL и kᵣ из табл. 3

Скачать (57KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024