Razumevanje nastajanja rjavega ogljika (BrC) je ključnega pomena za natančno oceno njegovega vpliva na spremembe sevalnega ravnotežja. V doktorskem delu smo raziskali različne poti nastajanja in razgradnje metil-nitrokateholov (MNC), ki predstavljajo pomemben delež BrC, pri pogojih značilnih za atmosfersko vodno fazo. Izpostavili smo izjemno vlogo dušikove (III) kisline (HONO) pri transformaciji kateholov v temi v vodni fazi. Pokazali smo, da ima HONO pri nitraciji substituiranih aromatskih spojin dvojno vlogo; deluje kot katalizator in oksidant. V glavnem reakcijskem mehanizmu je HONO neposredno vključena v nitracijo 3-metilkatehola (3MC) preko zaporedne oksidacije in konjugirane adicije (neradikalska reakcijska pot), pri čemer nastaneta dva izomerna produkta, kjer je 3-metil-5-nitrokatehol (3M5NC) glavni produkt, 3-metil-4-nitrokatehol (3M4NC) pa predstavlja manjši delež. Glavni reakcijski mehanizem naj bi prevladoval pri pH vrednostih značilnih za aerosolske delce (pH okrog pKa HONO). Pri zelo kislih pogojih pa pridobita na veljavi dve drugi nitracijski poti in sicer oksidativna aromatska substitucija (elektrofilna) in radikalska rekombinacija. Nadaljnja elektrokemijska tvorba 3-metil-o-kinona (3MoQ) na elektrodni površini in njegova reakcija z NO2− v elektrokemijski celici nam je omogočila nedvoumno potrditev predlaganega glavnega reakcijskega mehanizma. Poleg tega smo odkrili novo pot hidroksilacije nitrokateholov, ki poteče z oksidacijo, ki ji sledi adicija vode. Novo nastali produkti (3M5NC-OH in produkti oksidativne cepitve 3M4NC), ki absorbirajo pri daljših valovnih dolžinah v vidnem območju, lahko bistveno prispevajo k atmosferskemu BrC in s tem k absorpciji svetlobe ter tako vplivajo na spremembe sevalnega ravnotežja na Zemlji.
V nadaljevanju smo preiskovali kemijske procese nastajanja komponent BrC iz 3MC v prisotnosti HONO/NO2- v vodni fazi pri simuliranih pogojih sončne svetlobe. Razpad 3MC je pod vplivom sončne svetlobe hitrejši kot v temi pri enakih pogojih. Po drugi strani pa je prispevek dveh glavnih produktov temne reakcije (3M5NC in 3M4NC) nizek, kar kaže na drugačne poti razgradnje 3MC. Poleg primarnih reakcijskih produktov z izrazito absorpcijo pri 350 nm, smo v reakcijski mešanici potrdili tudi produkte druge generacije (3M5NC-OH in produkte oksidativne cepitve 3M4NC), ki so bili odgovorni za absorpcijo nad 400 nm. Ugotovili smo, da vrednosti karakterističnega masnega absorpcijskega koeficienta (MAC) naraščajo s povečanjem koncentracijskega razmerja NO2-/3MC in se znižujejo z naraščajočo valovno dolžino. Naše ugotovitve potrjujejo, da procesi 3MC v prisotnosti HNO2/NO2- v vodni fazi, tako v pogojih teme kakor tudi sončne svetlobe, lahko bistveno prispevajo k absorpciji sekundarnih organskih aerosolov (SOA).
|