Single Droplet Tweezer Revealing the Reaction Mechanism of Mn(II)-Catalyzed SO2 Oxidation

催化作用 化学 气溶胶 反应级数 硫酸盐 参数化(大气建模) 反应速率 动力学 反应机理 氧化还原 无机化学 光化学 反应速率常数 物理 有机化学 光学 辐射传输 量子力学
作者
Xue Cao,Yuxin Liu,Qishen Huang,Zhe Chen,Jiuyi Sun,Jian Sun,Shufeng Pang,Pai Liu,Weigang Wang,Yunhong Zhang,Maofa Ge
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (11): 5068-5078 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c00309
摘要

Sulfate aerosol is one of the major components of secondary fine particulate matter in urban haze that has crucial impacts on the social economy and public health. Among the atmospheric sulfate sources, Mn(II)-catalyzed SO2 oxidation on aerosol surfaces has been regarded as a dominating one. In this work, we measured the reaction kinetics of Mn(II)-catalyzed SO2 oxidation in single droplets using an aerosol optical tweezer. We show that the SO2 oxidation occurs at the Mn(II)-active sites on the aerosol surface, per a piecewise kinetic formulation, one that is characterized by a threshold surface Mn(II) concentration and gaseous SO2 concentration. When the surface Mn(II) concentration is lower than the threshold value, the reaction rate is first order with respect to both Mn(II) and SO2, agreeing with our traditional knowledge. But when surface Mn(II) concentration is above the threshold, the reaction rate becomes independent of Mn(II) concentration, and the reaction order with respect to SO2 becomes greater than unity. The measured reaction rate can serve as a tool to estimate sulfate formation based on field observation, and our established parametrization corrects these calculations. This framework for reaction kinetics and parametrization holds promising potential for generalization to various heterogeneous reaction pathways.
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