江苏高等学校大学生创新训练计划项目江苏大学生创新创业训练

1、江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目季度检查报告学 校扬州大学项目编号201511117059Y项目名称扬州市颗粒物（PM2.5）水溶性成分分析及源解析研究项目负责人颜炳义项目级别（） 重点项目 、（ ）重点自筹项目 、（） 一般项目 、（ ）指导项目一、项目进展情况及取得成果（按照项目研究工作计划逐一对照填写）项目进展情况（）按计划进行、（ ）进度提前、（ ）进度滞后主要研究阶段(起止时间)研究内容完成情况对扬州市四个国控点数据进行分析，获得扬州市的空气污染分布特征已完成探究测定PM2.5中水溶性离子的方法进行中项目研究成果（已取得的成果）序号项目成果名称成果形式1扬州市大气污染物分布规

2、律论文报告2简单测定PM2.5中可溶性离子的测定方法论文报告3电化学方法测定试样中的微量铅论文报告扬州市大气污染物分布规律探索扬州市根据人口密度及城市的布局，于2015年底分别在城区东南方向的运河西路广陵区曲江街道社区卫生服务中心、东北方向市第四人民医院、西南方向邗江环保局和西北方向市环境检测站设立四个检测站点，每小时读取一次数据，昼夜24小时全年检测，每组数据含8项污染物指标，检测空气主要污染物PM2.5、PM10、SO2、NO、NO2、NOx、O3和CO等的浓度。PM 10和PM 2.5浓度是利用Met One 通过-射线法获得；臭氧和SO2通过紫外可见吸收光谱和荧光光谱测得。NO 、NO

3、2和NOx的浓度由化学发光法获得。图1显示了主要污染物全市全年的变化情况。由图可见：(1) PM2.5、PM10、SO2和NO2在1和12月污染最严重，7至9月，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO污染最轻； (2) NO2浓度的走向基本上与O3相反。PM10和PM2.5浓度的走向在4-10月份基本上与臭氧一致。SO2、NO2和CO浓度的走向总体上与PM2.5和PM10一致； 图1. 全市全年主要污染物浓度变化情况（以月平均值统计）Fig. 1 Monthly variations of the five pollutants (SO2, NO2, O3, PM 10and PM 2.5

4、) and relative humidity (RH).根据主要污染物全市全年的变化情况，比较8月和12月污染物均值的变化，突出的不同点是12月主要污染指标都大于8月，除了臭氧是夏天远大于冬天外。另外，8月和12月的PM2.5/PM10的比值分别是：51.6%和73.3%，表明12月份PM10中PM2.5的比例远高于夏天的8月份，夏天的扬尘较多。 图2. 全市平均每天24 h主要污染物浓度变化情况 (A) (A:城东，B: 第四医院；C：邗江监测站；D:环保站)及气候变化情况（B）图2为各监测点一天24小时中主要污染物浓度的年平均变化。PM2.5和PM10在一天中的浓度变化呈双峰形，下午2点

5、左右出现最低谷，而此时正是臭氧单峰形的最高值。PM2.5、PM10和NO2最大值出现在上午7-8点钟和晚上8点左右，SO2的最大值出现在9点钟。空气湿度在下午2点出现最低值。主要污染物一天24小时变化的规律与一年中12个月的变化规律非常相似，夏天和一天中的中午，气温较高，空气上升辐散较大，主要污染指标下降显著，而臭氧达到最大值。不同的是一天24小时主要污染指标的变化出现双峰现象。 在每日24小时的变化中（见Error! Reference source not found.A），PM2.5、PM10和NO2最大值出现在上午7-8点钟和晚上8点左右，出现的双峰的原因是早9点气压达到最大值（图2

6、B），湿度开始下降，在高压区里存在着下沉气流，由此使气温绝热上升，容易形成上热下冷的逆温现象，此时，PM、SO2、NO2、NO和CO达到最大值。另外，早7、8点钟时人们的活动增加、燃烧和汽车尾气排放的增加、光线增强后光化学反应增加以及夜间积累的反应物进一步反应，这些也是造成污染物浓度提高的原因。晚8点污染物增加的原因是由于气温下降，湿度上升，气压上升，引起PM下沉，同时中午生成的SO42-和NO3-盐的凝聚，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来源与汇各不相同，大气中反应过程和机理也不相同，但几乎都在相近的时间升高或下降，这表明气象条件（如气温、

7、湿度、风速、风向、气压等）的变化是产生这一现象的主要因素。对于简单测定PM2.5中可溶性离子的测定方法的探索2015年11月份开始，课题组开始学习各种测定微量元素含量的仪器的使用方法，如：原子吸收光谱法（乙炔空气、石墨炉）、ICP等。在深入学习和研究后，项目组决定采用综合性价比相对较高的原子吸收光谱法测定。首先配置标准溶液：准确称量0.3996g溶于水中，加入少许浓防止其水解；转移入250mL容量瓶中定容，得1g/L的标准溶液。准确吸取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL该溶液转移入50mL容量瓶中定容，得浓度梯度为8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L、40mg/L标准溶

8、液。空气样本是一天就是24个点，为防止其中含量偏低达不到仪器的最低检出限，我们决定以一天为一个基本单位，探究如下：（1） 重量法：将24个样本独立剪开，放入坩埚中，在马弗炉130下加热1h。待降温后取出，发现膜上的灰尘被烧光，其他并没有什么明显的变化。接着我们继续加温至300，还是没有变化。最后一次加温至800，依然没有变化。后来我们联系了环保局，并查阅了相关的资料才了解到：Pm2.5滤膜的材质是高纯石英棉，熔点1750，而Pb元素的沸点才1105，因此重量法不可行。（2） 简单酸溶法：将24个样本独立剪开，放入100mL小烧杯中，用浓加热溶解，过滤，冷却后转移入50mL容量瓶定容。该法简单，

9、但是不易于操作，固体体积过大，少量酸也很难浸润，且并不能把所有的原子全部转移出来，若要润洗会增加大量水的体积，蒸发可能会减少溶质的体积，因此不适用。 （3）超声波溶解法：将24个样本独立剪开，放入100mL小烧杯中，加入20mL浓，放入超声波清洗仪，超声1h。超声溶解结束后，加入少量蒸馏水，抽滤，抽得约30mL溶液，转移入50ML容量瓶中定容，原子吸收光谱显示离子提取成功，优劣还有待多次实验总结。 （4）微波消解法：将24个样本独立剪开，分成两份，一份12片放入定位罐，并加入5mL新制王水（王水比例：浓HCl=1:3、浓固体重量小于0.2g，液体体积小于10mL）。设定多步反应，第一步反应温度

10、130、压力16atm、保温时间2min，第二步反应温度180、压力30atm、保温时间10min。待温度和压力都降至室温与室内大气压是开炉小心取出，用注射器转移出消化罐，转移入50mL容量瓶中并定容，原子吸收光谱显示离子提取成功，优劣还有待多次实验总结。电化学方法测定试样中的微量铅原先采用的分光光度法在实际测定时，由于样品中铅离子含量过低，常常会有较大的误差。因此项目组在与导师的交流下决定探索另一种方法进行测定作业。由于电化学分析法具有检测速度快、测定范围宽、便于携带等众多优点,是一种更具有发展前景的重金属离子检测分析方法。最终项目组决定采用聚甘氨酸/碳纳米管萘酚修饰电极测定铅离子的方法。具

11、体方法如下：（1）修饰液的制备用无水乙醇将质量分数为5%的萘酚稀释到0.5%，然后将0.005 g的石墨烯溶于5 ml 0.5% 萘酚中，在超声清洗仪中震荡20 min使之混合均匀。（2）修饰电极的制备将玻碳电极用Al2O3粉末在抛光布上仔细打磨干净（电压差小于75mV），冲洗干净后，置于超声波清洗器中震荡 1 min, 再用乙醇和纯水分别冲洗，冲洗后，用惰性气体将电极吹干，滴5L修饰液，晾干，至有机溶剂挥发完毕后，将处理好的电极浸入含有5.0010-4 mol/L甘氨酸的0.1 mol/L硝酸钠电解质溶液中，用循环伏安法在-1.52.0 V电位范围内、扫描速度为20 mV/s扫描20周后取出

12、电极，可以看出电极表面形成一层致密的薄膜，将电极烘干后备用。（3） 实际测定富集电位-0.9 V，电沉积时间120 s，底液0.1 mol/L HNO3（pH=1）。采用上述样品，用聚甘氨酸多壁碳纳米管/萘酚电极进行测定。图5为不同地区样品的测试结果，表1为电化学测定方法与分光光度法测定结果的对比以及不同地区样品的铅离子浓度，较高的铅离子浓度主要来源于人为，例如矿物燃料燃烧以及生物燃烧等。图5 不同地区检测结果的DPV图Fig 3.13 DPV responses of samples obtained from different places on the polyglycine - MW

13、CNTs / Nafion modified electrode表1 不同地区电化学方法与分光光度法测定结果Table.1 the results of electrochemical test and spectrophotometric test for samples obtained from different places样品样品数量地点电化学测定结果(10-6 mol/L)分光光度法测定结果(10-6 mol/L)相对偏差(%) 纸带5扬州市环境监测站0.400.400 5扬州市第四医院0.780.790.63 5 扬州市邗江区环境监测站1.812 1.8200.455扬州市东财

14、2.5802.5400.78通过测定可知扬州市环境监测站的铅离子平均浓度扬州市第四医院 扬州市邗江区环境监测站 扬州市东财. 扬州市东财以及扬州市邗江区环保局的铅离子浓度比其它两个地区的铅离子浓度大的原因是这两个监测点附近有很多主干路线，每天有大量的车流量并且附近有大型工厂，所以铅离子浓度较高。而扬州市环境监测站和扬州市第四医院坐落于著名的瘦西湖风景区和蜀岗西峰生态公园附近，所以空气相对要清新也就意味着PM2.5含量较低，所以PM2.5中的铅离子浓度也较低 。三、经费使用明细情况项目获批总经费： 6000 元已使用项目研究经费： 2000 元已报销金额： 0 元未报销金额： 2000 元项目经费开支情况名目用途金额备注论文版面费0专利申请费0调研、差旅费350打印、复印费50资料费100试剂等耗材费500元器件、软硬件测试、小型硬件购置费1000其它4、 项目后期具体工作计划对获得的数据进行整理并发表论文，对得出的成果申请专利五、指导教师意见：（包括项目的组织实施、进度、预期效果、