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摘要

采用超声波清洗法对洗脱后的颗粒物 (pm) 进行了洗脱, 采用常规清洗方法 (仅水清洗或水清洗加刷清洗)。该方法有助于提高叶片 PM 保持能力的估计精度。

摘要

根据传统的清洗方法 (水清洗 (WC) + 刷子清洗 (BC)), 本研究评估了超声波清洗 (UC) 对收集各种大小颗粒物质 (PM) 在叶片表面保留的影响。进一步对不同大小的 pm 叶的保留效率进行了表征, 这将有助于评估城市树木从环境空气中定量去除 pm 的能力。

以三种阔叶树种 (银杏、槐、 柳垂柳) 和两 needleleaf 树种 (tabuliformis 松、柏草) 为研究对象, 对叶片样品进行了收集了4天 (短期 pm 保留期) 和14天 (长 pm 保留期) 后的最新降雨量。用 WC、BC 和 UC 等方法收集了在叶表面保留的 PM。然后, 计算了叶片 (AE叶) 对三种不同尺寸 pm 的保留效率, 包括易于拆卸的 pm (ERP)、难以移除的 pm (DRP) 和完全可移动的 pm (激进党)。只有大约 23%-45% 的总 PM 保留在叶子可以被清除和收集由 WC。当叶片通过 wc + bc 清洗时, 对不同树种的 pm 保留能力的估计在不同大小的 pm 的范围内为 29%-46%. 如果 UC 被补充到 WC + bc, 几乎所有保留在叶子上的 PM 可以被去除。

总之, 如果在传统的清洗方法后补充 UC, 可以洗脱和收集更多的叶表面 PM。本研究开发的程序可用于评价不同树种的 PM 去除能力。

引言

不同树种从环境空气中去除 pm 的能力可以通过量化在叶表面保留的 pm 质量来评估。为了达到这个目的, 减法方法1,2, 膜过滤法3,4,5, 和洗脱称量法加上粒度分析6已用于定量估算 pm2.5 (直径≤2.5 µm)、pm10 (直径≤10µm) 或总悬浮微粒 (TSP) 在叶片上的质量。然而, 这些方法的准确性主要取决于它们在叶表面上的收集 PM 的性能。目前, 在相关研究中使用的常规叶清洗方法通常包括一到两个步骤, 即只有水洗 (使用去离子水浸泡和冲洗叶子)3,7或加刷5,8,9. 然而, 一些研究10,11表明, 在叶表面 PM 不能完全洗脱的传统清洗方法。超声波清洗具有速度快、质量高、对物体表面损伤小等优点, 具有很大的应用潜力, 可用于收集具有复杂显微组织的叶片表面的 PM。目前, 超声波清洗已被应用于一些研究中, 以收集在叶表面保留的 PM (即把叶子放到去离子水中, 并使用超声波清洗剂洗脱 pm)12,13。然而, 这种方法仅作为一种对叶清洁方法的补充, 而不知道超声波清洗对从叶表面收集 PM 是否有积极影响, 其最佳操作参数也不清楚。我们以前的研究表明, 在银杏叶表面保留的 PM 可以完全洗脱, 而不破坏叶片表面, 如果适当的超声波清洗程序补充到常规清洗方法11.然而, 超声波清洗参数 (超声波功率、时间等信息) 对不同植物种类的稳定性和一般适用性仍不清楚。

目前, 单位叶面积 pm2.5、pm10或 TSP 的质量经常被用来评估不同树种从环境空气14、15中去除 pm 的能力。在自然条件下, 在叶表面保留的 pm 可分为两部分: 第一部分是由于风和降雨的影响, 可脱落叶的 pm, 而另一部分是紧附着在叶表面的 pm, 不能是 easily 被雨水冲走了。然而, 很少有研究集中在两种类型的 PM 在叶表面的质量。此外, 在不同的研究中, 叶的保持期有很大差异。因此, 如果采用单位叶面积的 pm 质量来评估16树的 pm 去除能力, 则这些研究结果的可比性将较差。因此, 提出了 pm 保留效率 (单位叶面积的 pm 质量) 作为替代方案, 以评估城市树木5、17的 pm 净化效果。总的来说, 在这方面还缺乏研究。对不同树种进行相关研究是非常必要的, 为准确评价不同树种的 PM 去除能力提供方法基础和数据支持。

在这里, 选择了三种阔叶林树种 (垂柳、槐、柳) 和两种 needleleaf 树种 (tabuliformis 松、柏草) 评价其 PM 去除两个 PM 保持期的能力。西土城公园 (39.97° N, 116.36° E) 的叶片取样点位于北京一个污染严重的地区。本研究的三个具体目标是: (1) 评估不同的叶清洁方法 (水清洗 (WC), 刷清洗 (BC) 和超声波清洗 (UC) 的效率, 在洗脱的 PM 在叶子上, (2), 以验证的效果, 超声波清洗对洗脱 pm, (3) 评估不同树种对 pm1、pm2.5、pm5、pm10和 TSP 的保留效率。

研究方案

1. PM 的叶收集、洗脱和质量测量

  1. 选择五个健康的个体树 (即,五复制) 的每个树种在乳房高度相似直径。从中冠层的外冠四方向随机收集四个较大的分支, 并切断所有完整的叶子。
    注: 所有用于叶取样的植物, 应分别位于长度和宽度约为250米和60公尺的绿化地带, 以确保这些树木的环境条件 (风、光和雨) 相似。该议定书所用的叶子在 10月15日 (短尘保留期) 和 10月25日 (长尘保留期 (LDR) 期间) 于2014年收集, 分别为最新降雨量 (> 15 毫米) 后的4和14天。实验中, 在短、长粉尘保持期 (即上次降雨与叶片取样时间之间的持续时间) 中, pm 的平均水平为 26 (pm2.5), 57 (pm10), 111 (pm2.5), 160 µg/米3(PM10), 分别。
    1. 将取样的叶子放置在标签的阀门袋中, 并立即将袋子运到实验室。把叶子样品放在冰箱里。
  2. 清洗和干燥的烧杯在80°c 烤箱。平衡烧杯室温和湿度, 并称空烧杯 (W1)。
  3. 随机选择一定数量的叶子从叶子样品和把叶子在1000毫升烧杯 (烧杯 a)。
    注: 叶面积约2000厘米2, 可保证所有叶片完全浸入水中, 洗脱粉尘有足够重量精确称量。
  4. 将270毫升的去离子水添加到烧杯 A 中, 将叶子完全浸入水中。
    1. 搅动水为六十年代与一个玻璃杆在一个方向 (频率: 2 秒为一次自转)。然后, 将淋洗倒入三100毫升小烧杯 (烧杯 a) 均匀。
    2. 用30毫升去离子水的细尖挤压瓶冲洗叶子, 将洗涤过的叶子转移到1000毫升烧杯 (烧杯 B)。将淋洗倒入三100毫升小烧杯 (烧杯 a) 均匀。
  5. 将270毫升去离子水添加到烧杯 B 中, 再将叶子浸入水中。然后用尼龙刷子擦洗叶片表面 (放置在扁平薄塑料板上) 与去离子水, 避免破坏叶片表面的显微组织。将淋洗倒入三100毫升小烧杯 (烧杯 b)。
    1. 用带30毫升去离子水的可挤压瓶冲洗叶子, 将叶子转成1000毫升烧杯 (烧杯 C)。将淋洗倒入三100毫升小烧杯 (烧杯 b)。
  6. 在烧杯 C 中加入270毫升去离子水, 再将叶子浸入水中。
    1. 将玻璃容器放入超声波清洗机中。使用 500 W 的超声波功率, 分别对阔叶和 needleleaf 树种的叶片进行3分钟和10分钟的清洁。用玻璃棒在一个方向 (频率: 2 秒为一个圆圈) 同时搅动叶子。
    2. 用带30毫升去离子水的可挤压瓶冲洗叶子, 将淋洗倒入三100毫升的小烧杯 (烧杯 c)。
  7. 盖一张干净的滤纸 (直径 = 11 cm, 面积 = 94.99 cm2) 在每个烧杯 (a, b, c) 和干燥烧杯在80°c 烤箱大约5天, 直到烧杯的质量变得恒定。
    1. 将烧杯放在平衡室中, 平衡30分钟的温度和湿度, 并称每100毫升烧杯的质量 (W2)。用w2-w1计算每个清洗步骤的 PM 洗脱质量。

2. PM 尺寸分布和叶面积的测量

  1. 在上述每个称重烧杯 (a、b、c) 中加入50毫升去离子水, 并将这些烧杯在超声波清洗机中放置30分钟, 直到 PM 在去离子水中散去。
  2. 将烧杯 (a、b、c) 上清液添加到激光粒度仪中, 用不同的清洗步骤测量 PM 洗脱的尺寸分布。
    1. 假设测量的体积百分比是不同大小粒子的质量百分比 (Q)。计算每个清洗步骤洗脱的不同尺寸粒子的比例 (1):
      figure-protocol-1844(1)
      其中Pi, j 代表的质量比例 (%) 的粒子在j直径类洗脱从叶子表面由清洁步骤i;Wi 代表所有大小的微粒的总质量 (g) 洗脱由清洁步i;Qi, j表示在总 PM 质量洗脱的j直径类内粒子的质量百分比 (%) 由清洗步骤i;我是清洁步骤 (即, WC, BC 和 UC);j是直径类, 它被设置为 d ≤1µm (PM1), 1 < d ≤2.5 µm (pm1-2 5), 2.5 < d ≤5µm (pm2.5-5), 5 < d ≤10µm (pm5-10), d > 10 µm (pm> 10) 在本研究中。
  3. 在塑料板上涂上叶子, 用高质量的扫描仪扫描树叶。利用自动图像分析软件对叶片的表面积和投影面积进行估算。
    注意: 协议可以在这里暂停。

3. 数据介绍和分析

  1. 计算总可拆卸颗粒物 (跨国激进党) 作为 ERP 和 DRP 的总和, 可以洗脱由 WC + BC + UC。
  2. 在不同的粉尘保留期内, 计算在叶上保留的 specificdiameter 类中的 pm 的总质量, 以洗脱不同的清洗步骤 (即WC、BC 和 UC) 在相应直径等级内的 pm 质量总和。
    1. 利用这些数据和叶面积数据, 用方程 (2) 计算单位叶表面积上各种大小粒子的保留效率 (AE叶):
      figure-protocol-2764(2)
      其中LZj 和SZj 是 LDR 和 SDR 期间在单位叶面积上保留的j直径类中粒子的质量 (g);它和ST分别是 LDR 和 SDR 期间的天数。
  3. 使用 SPSS 软件进行所有统计分析。
    1. 使用柯尔莫哥洛夫斯米尔诺夫试验和 Levene 试验验证了不同尺寸颗粒的洗脱率和 PM 保留容量数据分别对正常度和方差均匀性的方差分析假设。
    2. 应用单向方差分析方法, 研究不同清洗步骤对不同粒径颗粒的洗脱率的影响。使用邓肯的测试 (P = 0.05) 来检测不同清洗步骤之间的显著差异。

结果

在自然条件下, 在叶表面保留的 PM 有两种类型。在自然条件下, 由于降雨和风力, PM 容易脱落, 被定义为容易移动的微粒物质 (ERP)。此类 pm 由 WC 在本研究中的洗脱代表。严格遵守叶表面, 不容易被 BC 和 UC 洗掉的 PM 被定义为难以去除的微粒物质 (DRP)。这种 PM 不能被自然降雨和风力洗脱。

不同清洗步骤对不同大小的 PM 洗脱的质?...

讨论

准确、正确地收集叶片表面的 pm 是评价不同树种的 pm 去除能力的基础。然而, 传统的清洗方法 (WC 或加 BC) 不能完全去除叶片表面的灰尘, 这已经证实了扫描电镜10。本研究进一步表明了这一点 (图 1、图 2、 图 3、图 4和图 5)。研究表明, 如果只将 WC 应用?...

披露声明

作者没有什么可透露的。

致谢

这项工作得到了中央大学 (2017ZY21) 和中国国家自然科学基金 (21607038) 基础研究基金的支持。

材料

NameCompanyCatalog NumberComments
MSA2258-1CE-DU ten-thousandth scaleSartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.MSA2258-1CE-DUprecision: 0.01 mg
The IS13320 laser granularity instrumentBeckman Coulter, Brea, USAIS13320working conditions: liquid/power samples; particle size range of measurement: 0.017-2000 μm
Epson Twain Pro high-quality scannerSeiko Epson, Nagano, Japanexpression1680
Automatic image analysis software WinRHIZORegent Instruments Inc., Quebec, CanadaWinRHIZO Pro 2013a

参考文献

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