南京市不同功能区空气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的分布研究

论文总字数：12582字

目 录

1 引言………………………………………………………………4

2 实验样品的采集…………………………………………………5

2.1 主动采集法…………………………………………………………………………5

2.2 被动采集法…………………………………………………………………………5

3 实验样品的检测分析……………………………………………5

3.1 二氧化碳的检测……………………………………………………………………5

3.2 甲烷的检测…………………………………………………………………………6

3.3 氧化亚氮的检测……………………………………………………………………6

4 检测结果与讨论…………………………………………………8

4.1 样品采集……………………………………………………………………………8

4.2 检测结果……………………………………………………………………………10

4.3 检测结果的讨论……………………………………………………………………14

5 总结………………………………………………………………15

参考文献………………………………………………………………16

致谢……………………………………………………………………19

南京市不同功能区空气中二氧化碳、甲烷和

氧化亚氮的分布研究

李博望

，China

Abstract: In this paper, the greenhouse gases in the atmosphere is used as the research object to research different functional areas of the carbon dioxide, methane, nitrous oxide content and characteristics of distribution. Through the detection and analysis of carbon dioxide, methane, nitrous oxide,it is found that in the scenic area, the low content of carbon dioxide and methane and nitrous oxide content on the high side, commercial district in carbon dioxide and methane content on the high side, nitrous oxide content of less, subway in carbon dioxide (CO2) with was the highest, and underground parking field in methane and nitrous oxide content is the highest.Through the analysis of that human breathing is the main source of carbon dioxide, the automobile exhaust is the main source of methane and nitrous oxide.

Key words：carbon dioxide; methane; Nitrous Oxide; gas detection; distribution

1 引 言

空气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮可以引起温室效应，其中二氧化碳是最主要的温室气体，而甲烷、氧化亚氮也对空气有污染作用。

自然界中二氧化碳主要的来源是火山喷发^[1]，而在城市中心区的来源则主要是汽车尾气，城市工业区的来源则是石油和煤的燃烧等。温室气体的增多所带来的温室效应会使得全球海平面升高，科学家预测在2050年，全球温度会升高二至四摄氏度，全球的冰川将会融化，会给一些海拔较低的国家带来灭顶之灾。对于沿海城市来说温室气体也会带来旱灾和涝灾，对城市内部的热岛效应也有一定的影响^[2]。

甲烷是一种易燃易爆的有机气体，甲烷的含量检测对于煤矿事故的预防有着决定性的作用，一般来说甲烷的爆炸极限是4.9%至15.4%^[10]。而在城市的一般功能区中，甲烷的来源主要是去汽车尾气，其含量不会有这么高，但是甲烷引起的温室效应仅次于二氧化碳。甲烷不仅可以在天然气中获得，也可以从土壤中产生，在土壤中的甲烷由甲烷菌产生，甲烷菌产甲烷的速率并不高，然而在温室效应所带来的环境升温下，甲烷菌产生甲烷的速率拥有着较大的提升^[3]。

氧化亚氮目前虽然不是主要的温室气体，但是氧化亚氮与二氧化碳和天然气相比具有强大的潜在增温性，并且具有破坏臭氧层的作用。氧化亚氮的主要排放来源有土壤释放和化石燃烧等等，可以分为硝化过程、反硝化过程和非生物转化过程三种来源^[4]。近年来氧化亚氮有着排放量增加的趋势，目前格外受到人们的关注。

检测温室气体的分布以及含量，是确立治理污染物对策的重要的一步。检测温室气体分布时，首先要检测出温室气体分布的规律。在自然环境温室气体的检测中，要注意植被、气候、季节对于温室气体的影响；在城镇环境温室气体的检测中，要注意人类行为对于温室气体的影响、以及不同区域温室气体的含量。在确立分布规律之后，再找出对应的可能主要因素，从而提出需要解决的问题。

2实验样品的采集

2.1主动采集法

传统的双联橡皮球采集法以及实验室常用的的排水采集法都有采集范围小的缺点。通常来说，这种采集不能完全置换气体，消耗相当长的时间却又难以得到很精确的数据。一种^[5]新式的手持式采集器的特点是具有正转和反转两种模式，正转用以吸收样气，反转则可以排出样气并且创造一定的真空。这样在多次使用时样气的纯度便大大提高，检测员在使用手持式采集器时可以随意的走动，这样也扩大了检测的范围，提高结果的准确性，适用于室外采集。

气体浓缩法与空气采样泵法这些使用较大型装置的方法也作为气体采集的标准方法，和手持式采集器法一样都是主动采集法。

气体浓缩法与空气采样泵法接有抽气装置，抽入空气后，讲气体直接导入吸收介质中^[8]，这种方法采样速度很快，适用于室内空气的采样。

2.2被动采集法

主动采集器的运作需要技术人员的操作，也有着较为复杂的过程，然而被动采集法则不需要太多的人力物力，被动采集器^[6]通过利用分子之间的各种作用力使目标的气体分子移动到采集器中。被动采集器分为扩散和吸附两个部分，^[7]朱珍研究了一种改性活性炭采集多组分污染物的方法，即在控制氧化的情况下，通过使用化学溶液浸渍来增加活性炭的表面积和孔容积、通过高温和电极氧化来增加或减少官能团、通过微波辐射来增加微孔的数量等等。使得活性炭的采集能力和针对性大幅提升。

可以说，主动采集法更灵活，被动采集法更方便。

3实验样品的检测分析

3.1 二氧化碳的检测

检测二氧化碳气体我们一般可以使用气相色谱仪法，气相色谱仪十分准确且适用于检测包含各种气体的大范围的数据，适用于室外气体的检测，但是对气体的组分有着严格的要求，倘若能够单独的对某种气体进行检测则可能提高实验的方便度。

白泽生设计了一种红外吸收型CO₂传感器^[9]。由于不同气体分子对于不同波长的红外光线的吸收不同，被不同红外射线照射到的样品气体会产生红外吸收光谱，由此推断出该气体在红外区的吸收峰，再根据比尔博朗定律，检测气体对光的波长和强度的影响来确定气体的体积分数。红外吸收型CO₂传感器与气相色谱仪的检测精度相比所差无几，传感器具有数据比较直观、成本较低的优点，赵亚林等人的研究也证实了传感器法的气密性良好，在环境的干扰不多的室内检测CO₂可以使用传感器法^[10]。

3.2 甲烷的检测

目前甲烷的检测手段主要是化学方法和半导体传感器法以及气相色谱法。但是近年来，甲烷检测手段发生了许多变化，许多的新研究改变了甲烷监测的手段，或者提升了甲烷监测的准确度。

半导体传感器法经过改进得到半导体激光模式跳变法，相比传感器更加灵敏，无论是低浓度还是高浓度的甲烷检测都能适用^[12]。

张义等人通过TDLAS技术对甲烷的空间变动实现了准确定位，用网格划分检测区域，对不同区域内的甲烷进行实时监测分析^[11]。使得甲烷检测的数据更加准确有效。

通过光纤气体传感器测量甲烷含量的方法，可以对检测工具进行远距离遥控^[13]，适用于易燃易爆的环境。

刘竹琴等人研究的一种甲烷气体检测电路，相比一般的半导体气敏式传感器，考虑到半导体气敏器件会被环境的温度影响，加入了一种温度补偿电路^[14]，也提高了甲烷检测的准确性。

通过光频电磁波运作的光谱吸收式传感器是最普遍的甲烷检测传感器，中在检测精确度、稳定性、灵敏度等方面均十分优秀。由于光频电磁波会与不同的气体分子发生作用，使光被散射或者吸收，不同浓度的气体也会造成光的衰减程度上的不同。根据比尔郎伯定律，通过气室中光强在充入气体前后的变化来检测出气体的浓度。这是常用的方法，但是在^[13]光源不稳定的时候误差较大。贺玉凯等人提出的差分检测技术，利用差分吸收法减少光源不稳定以及光电器件的零点漂移的影响^[15]。

3.3 氧化亚氮的检测方法

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