Synkrotronundersøgelse afslører oxygens indflydelse på kemien af ​​atmosfærisk forurening

Kemiske reaktioner, der producerer forurenende stoffer i atmosfæren, og kemien af ​​brændstofforbrænding inde i en køretøjsmotor, har nogle markante ligheder. For hvert sæt reaktioner, ilts rolle er nøglen. At studere oxygens del i forbrænding og atmosfærisk kemi kunne hjælpe forskere med at forbedre begge motorer og reducere luftforurening, Det har KAUST-forskere vist.

Flygtige organiske forbindelser (VOC'er) er gasformige molekyler, der udsendes til luften fra udstødningsrør og røgstabler af køretøjer, fabrikker og kraftværker, samt fra levende planter. VOC'er gennemgår en sekvens af autooxidationsreaktioner med ilt fra den omgivende luft for at danne højt iltede molekyler, der bidrager til luftforurening og producerer aerosoler, der vides at påvirke klimaet.

Autooxidation forekommer også under antændelse og forbrænding af brændstoffer. Men det har været svært at afsløre identiteten af ​​molekylerne fra disse reaktioner, siger Zhandong Wang og Mani Sarathy fra Clean Combustion Research Center, som var med til at lede arbejdet. "De højt iltede mellemprodukter fremstillet ved auto-oxidation er meget reaktive og nedbrydes hurtigt, " siger Wang.

Så Wang, Sarathy og deres team udviklede et avanceret eksperimentelt setup for at prøve disse undvigende molekyler, før de nedbrydes. "Vi brugte en sofistikeret teknik-en jet-omrørt reaktor kombineret med synkrotronstrålingsfotoionisering og molekylstråle massespektrometri-ved Advanced Light Source i Berkeley, " siger Wang. Holdet brugte også et kemisk-ioniseringsmassespektrometer med høj opløsning atmosfærisk tryk på Analytical Core Laboratory ved KAUST til at analysere forbrændingsautooxidationsprodukter.

Nuværende teoretiske modeller for forbrændingskemi antager en, eller måske to, iltmolekyler kan binde sig til et brændstofmolekyle under autooxidation. Wang og Sarathys resultater viser, at mindst tre sekventielle oxygen-additionsreaktioner, og muligvis mere, kan finde sted. "Vores vigtigste opdagelse er, at autooxidationsprocesser, der fører til selvantændelse, er meget mere komplekse end tidligere antaget, " siger Wang. "Vi har vist, at mange store kulbrinter og oxygenerede brændstoffer udviser omfattende auto-oxidation, og når disse veje er inkluderet i modeller, de ændrer simuleringsresultaterne markant."

Opdatering af disse modeller vil give teamet mulighed for mere præcist at simulere brændstofforbrænding og potentielt forbedre ydelsen af ​​rigtige motorer. Men resultaterne er bredere. "Vi arbejder sammen med atmosfæriske videnskabsmænd fra Helsinki Universitet for yderligere at udforske analoge autooxidationsprocesser i atmosfæren og forbrændingen. Vores mål er at bruge vores forbrændingserfaring til at udvikle modeller for atmosfærisk aerosoldannelse via VOC-autooxidation. Dette kan forbedre markant simuleringer til at forudsige luftforurening og global temperatur. "