趙文濤，劉華東，劉海江，劉寅

新余市PM2.5微觀形貌特征分析

趙文濤1，劉華東2，劉海江3，劉寅4

（1. 江西省新余生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心， 江西 新余 338000； 2. 北京雪迪龍科技股份有限公司， 北京 102200； 3. 新余市渝水生態(tài)環(huán)境局， 江西 新余 338000； 4. 中科弘清（北京）科技有限公司，北京 100088）

應(yīng)用場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）分析了2020年8月至2021年1月新余市PM2.5的微觀形貌及其元素組成特征.結(jié)果表明, 新余市PM2.5具有微觀顆粒物類型10種，主要為碳質(zhì)顆粒物、燃煤飛灰顆粒、鐵銅鋅氧化物顆粒、揚塵顆粒等。不同季節(jié)微觀顆粒物占比差異較大。

PM2.5； 場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）； 微觀形貌特征

礦物顆粒是大氣顆粒物的重要組成部分，其物相組成和微觀形貌等特征既對人體危害的機理研究具有重要意義，同時蘊藏著顆粒物來源及變化等有用信息[1-2]。其中掃描電鏡隨著其本身技術(shù)的發(fā)展在微觀形貌的應(yīng)用得到了廣泛的重視[3-11]。本文主要是在進行新余市大氣顆粒物源解析的研究工作中采集PM2.5樣品利用場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）對其微觀形貌及其元素組成特征進行了測試分析，以利于完善源解析的相關(guān)結(jié)論。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

選擇PM2.5濃度相對較高新余市環(huán)境空氣國控站點氣象局站點和第二水廠站點為樣品采集點，使用青島眾瑞ZR-3930D型多通道環(huán)境空氣顆粒物采樣器，濾膜為直徑47 mm的核孔膜，切割頭為多級碰撞式切割器，顆粒物空氣動力學(xué)切割粒徑為2.5和10 μm。共采集PM2.5核孔膜樣品8個，采集時間為2020年8月、10月、12月和2021年1月。采集信息見表1。

表1 PM2.5核孔膜樣品采集信息

1.2 樣品分析

送測于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，使用應(yīng)用場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）對采集的PM2.5核孔膜樣品進行PM2.5的微觀形貌及其元素組成特征分析，儀器型號為SU8000。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5顆粒微觀形貌

新余市PM2.5中微觀顆粒物類型共發(fā)現(xiàn)10種，包括：復(fù)合礦物硅鋁酸鹽顆粒、復(fù)合礦物富鈣顆粒、燃煤飛灰顆粒、揚塵顆粒、碳質(zhì)顆粒、硫鈣顆粒、植物排放顆粒、鐵銅鋅等金屬氧化物顆粒和生物質(zhì)燃燒顆粒以及其他，這些顆粒物類型主要來源如表2所示，部分顆粒物能譜與形貌如圖1所示。

2.2 各顆粒物占比

三個季節(jié)渝水區(qū)10種類型顆粒物占比如圖2所示，可知夏季碳質(zhì)顆粒占比最高，為35.6%，其次為燃煤飛灰顆粒10.1%、鐵銅鋅氧化物顆粒9.7%、揚塵顆粒9.0%，污染源主要以機動車源、燃煤源、鋼鐵工業(yè)源、揚塵源為主。

表2 不同形態(tài)顆粒物主要來源

秋季，不同類別顆粒物占比有所變化，復(fù)合礦物富鈣顆粒占比有明顯上升（14.2%），生物質(zhì)燃燒顆粒占比上升，占比5.8%，表明秋季受揚塵與生物質(zhì)燃燒影響相對較大。冬季顆粒物類別占比與春季較為類似，而燃煤飛灰顆粒占比達到三個季節(jié)中最大，為12.3%，碳質(zhì)顆粒占比仍在35%以上，表明冬季燃煤源與機動車貢獻較大。

圖2 三個季節(jié)不同顆粒數(shù)濃度占比對比

渝水區(qū)不同類別顆粒物分布具有一定的空間變化特征，由圖3所示。氣象局與第二水廠站點顆粒物均以碳質(zhì)顆粒為主，占比依次為36.2%、32.2%，表明氣象局站點機動車源貢獻高于第二水廠。此外，氣象局站點復(fù)合礦物富鈣顆粒與硫鈣顆粒占比也均高于第二水廠，這與新鋼集團排放對氣象局站點影響較大有關(guān)。而第二水廠燃煤飛灰顆粒、揚塵顆粒占比較大且明顯高于氣象局站點，說明該點受散煤燃燒源與揚塵源的影響均高于氣象局站點。

圖3 氣象局與第二水廠不同顆粒占比對比

3 結(jié)論

1）新余市PM2.5中微觀顆粒物類型共發(fā)現(xiàn)10種，包括：復(fù)合礦物硅鋁酸鹽顆粒、復(fù)合礦物富鈣顆粒、燃煤飛灰顆粒、揚塵顆粒、碳質(zhì)顆粒、硫鈣顆粒、植物排放顆粒、鐵銅鋅等金屬氧化物顆粒和生物質(zhì)燃燒顆粒以及其他。

2）各季節(jié)碳質(zhì)顆粒的顆粒數(shù)占比最大，其次為揚塵顆粒與燃煤飛灰顆粒，污染源主要以機動車源、燃煤、揚塵源為主。進入秋季后，復(fù)合礦物富鈣顆粒占比有明顯上升（14.2%），表明秋季揚塵貢獻占比較大。冬季顆粒物類別占比與夏季較為類似，而燃煤飛灰顆粒占比達到三個季節(jié)中最大，為12.3%，碳質(zhì)顆粒占比仍在35%以上，表明冬季燃煤源與機動車貢獻較大。

3）氣象局與第二水廠站點顆粒物均以碳質(zhì)顆粒數(shù)占比依次為36.2%、32.2%，表明氣象局站點機動車源貢獻高于第二水廠。此外，氣象局站點硫鈣顆粒占比高于第二水廠，說明工業(yè)燃煤煙氣對氣象局站點影響較大。而第二水廠燃煤飛灰顆粒、揚塵顆粒占比較大且明顯高于氣象局站點，說明該點受散煤燃燒源與揚塵源的影響均高于氣象局站點。

［1］閆麗娜，李勝榮，張聚全，等. 大氣顆粒物礦物相組成與微觀形貌研究進展[J]. 礦物學(xué)報，2020，40 (2): 213-223.

［2］繆育聰, 鄭亦佳, 王姝，等. 京津冀地區(qū)霾成因機制研究進展與展望[J]. 氣候與環(huán)境研究, 2015, 20 (3): 356-368.

［3］齊文啟，陳亞蕾，陳樹渝. 大氣顆粒物的形態(tài)、成分分布的透射電鏡、X 射線衍射研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 1993, 6 (2): 23-29.

［4］董樹屏, 劉濤, 孫大勇, 等. 用掃描電鏡技術(shù)識別廣州市大氣顆粒物主要種類[J]. 巖礦測試, 2001, 20 (3): 202-207.

［5］周巧琴, 蔡傳榮, 李耕. 大氣懸浮顆粒物的電鏡觀察[J]. 電子顯微學(xué)報, 2002, 21 (5): 804-805.

［6］胡敏，何凌燕，黃曉峰，等. 北京大氣細離子和超細粒子理化特征、來源及形成機制[M]. 北京：科學(xué)出版社，2009.

［7］張強華, 石瑩瑩, 李東, 等. 南京市典型地區(qū)可吸入顆粒物中顆粒的微觀形貌特征及其礦物組成[J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2008, 2 (4): 527-531.

［8］康宏，迪麗努爾·塔力甫，郭宇宏，等. 奎屯-獨山子石化區(qū)夏季和秋季PM2.5形貌及礦物組成[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2015, 31(5):61-66.

［9］魯斯唯, 林婷, 李森琳, 等.廈門城區(qū)秋季不同粒徑大氣顆粒物的微觀形貌分析[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2015, 54 (2) : 216-223.

［10］徐宗澤，代群威，王巖，等.大氣顆粒物中顆粒微觀形貌特征及其礦物組成分析[J]. 化工礦物及加工，2019, 48 (9): 55-58.

［11］趙文濤，劉海江，劉華東，等.新余市PM2.5化學(xué)組分特征分析[J]. 遼寧化工，2022, 51 (1): 55-58.

Study on Micromorphological Characteristics of PM2.5in Xinyu City

1,2,3,4

（1. Xinyu Ecological Environment Monitoring Center of Jiangxi province, Xinyu Jiangxi 338000, China;2. Beijing SDL Technology Co., Ltd., Beijing 102200, China;3. Xinyu Yushui Ecological Environment Bureau, Xinyu Jiangxi 338000, China;4. Zhongke Hongqing (Beijing) Technology Co., Ltd., Beijing 100088, China）

Characteristics of micromorphology and element composition of PM2.5in Xinyu collected from August 2020 to January 2021 were investigated with field emission scanning electron microscopy(FESEM). The results showed that ten main types of microparticles were identified including carbonaceous particles, coal fired fly ash particles, dust particles, iron copper zinc oxide particles, etc. The proportion of microparticles varied greatly in different seasons.

PM2.5; FESEM; Micromorphological characteristics

2021-11-12

趙文濤（1968-），男，高級工程師，碩士，江西省新余市人，1993年畢業(yè)于武漢大學(xué)環(huán)境化學(xué)專業(yè)，研究方向：環(huán)境監(jiān)測。

X831

A

1004-0935（2022）01-0005-04