Beurteilung der Feinstaub entfernen Fähigkeiten des Baumes Blätter

Zusammenfassung

Die Ultraschall-Reinigung-Methode wurde angewandt, um eluieren Feinstaub (PM) auf Blattoberflächen in Kraft, nachdem PM durch die herkömmlichen Reinigungsverfahren (Reinigung nur Wasser oder Wasser Reinigung plus bürstenreinigung) eluiert wurde. Die Methodik kann helfen, um die Schätzgenauigkeit für PM-Rückhaltevermögen der Blätter zu verbessern.

Zusammenfassung

Basierend auf der herkömmlichen Reinigungsmethoden (Wasserreinigung (WC) + bürstenreinigung (BC)), bewertet diese Studie den Einfluss der Ultraschallreinigung (UC) auf das Sammeln von verschiedenen mittelständischen Feinstaub (PM) auf Blattoberflächen beibehalten. Wir zeichnen weitere Aufbewahrung Effizienz der Blätter zu verschiedenen Größe PM, die dazu beitragen, um die Fähigkeiten von Stadtbäumen PM entfernen aus der Umgebungsluft quantitativ zu bewerten.

Drei Laubbäume Baumarten (Ginkgo Biloba, Sophora Japonica, und Salix Babylonica) und zwei Needleleaf Baumarten (Pinus Tabuliformis und Sabina Chinensis) als die Forschungsobjekte nahmen, Blattproben 4 Tage (kurze PM Aufbewahrungsfrist) und 14 Tage (lange PM Aufbewahrungsfrist) nach der neuesten Niederschlag gesammelt. PM auf den Blattoberflächen beibehalten wurde mittels WC, BC und UC in Sequenz. Dann wurden die Aufbewahrung Wirkungsgrade von Blättern (AE_Blatt), drei Arten der verschiedenen Größe PM, einschließlich leicht entfernbare PM (ERP), schwer zu entfernende Uhr (DRP) und völlig abnehmbare Uhr (TRP), berechnet. Nur rund 23 % - 45 % der gesamten verlässt PM auf beibehalten könnte abgereinigt und gesammelt von WC. Wenn die Blätter durch WC + BC gereinigt wurden, lag die Unterschätzung der PM-Rückhaltevermögen von verschiedenen Baumarten im Bereich von 29 bis 46 % für verschiedene große Uhr fast alle PM beibehalten auf den Blättern entfernt werden konnte, wenn UC WC + v. ergänzt wurde.

Abschließend, wenn die UC nach den herkömmlichen Reinigungsmethoden ergänzt wurde, könnte mehr PM auf Blattoberflächen eluiert und gesammelt werden. In dieser Studie entwickelte Verfahren kann verwendet werden, für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten.

Einleitung

Die Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten, PM aus der Umgebungsluft zu entfernen können beurteilt werden, durch die Masse des PM auf Blattoberflächen beibehalten zu quantifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Subtraktion Methode^1,2, die Membran Filter Methode^3,4,5und die Elution-Wägung Methode gepaart mit Partikel Größe Analyse⁶ angewendet, um die Masse von PM_2,5 quantitativ zu schätzen (Durchmesser ≤ 2,5 µm), PM₁₀ (Durchmesser ≤ 10 µm) oder total suspendierten Partikel (TSP) auf den Blättern erhalten. Die Genauigkeit dieser Methoden hängt jedoch im Wesentlichen ihre Leistung bei der Erhebung von PM auf den Blattoberflächen beibehalten. Die herkömmlichen Blatt Reinigung in Studien häufig verwendete Methode umfasst derzeit einem oder zwei Schritten, nämlich nur mit Wasser waschen (einweichen und Blätter mit entionisiertem Wasser spülen)^3,7 oder plus Bürsten^{5, 8 , 9}. einige Studien^10,11 haben jedoch gezeigt, dass PM auf Blattoberflächen nicht vollständig durch die konventionellen Reinigungsmethode eluiert werden könnte. Als Ultraschall-Reinigung die Vorteile von hoher Geschwindigkeit, hoher Qualität und wenig Beschädigung der Oberfläche des Objekts hat, hat es großes Potenzial verwendet werden, um die PM beibehalten auf Blattoberflächen mit komplexen Mikrostrukturen zu sammeln. Derzeit, Ultraschallreinigung angewendet wurde in einigen Studien, PM auf Blattoberflächen beibehalten zu sammeln (d.h.die Blätter in entionisiertem Wasser genommen, und die Ultraschall-Reiniger verwenden, um PM zu eluieren)^12,13. Diese Methode dient jedoch nur als Ergänzung zu einem Blatt Reinigungsmethode, es ist nicht bekannt, ob die Ultraschallreinigung sich positiv wirkt auf das Sammeln von PM von Blattoberflächen und seine optimalen Betriebsparameter auch nicht klar sind. Unsere bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die PM beibehalten auf Ginkgo Biloba Blattoberfläche vollständig eluiert könnte ohne Zerstörung der Blattoberflächen, wenn eine ordnungsgemäße Ultraschall Reinigungsprozedur, die konventionellen Reinigungsmethode^{11 ergänzt wurde} . Jedoch die Stabilität und die allgemeine Anwendbarkeit der Ultraschallreinigung Parameter (Ultraschall-Leistung, Zeit und andere Informationen) zu verschiedenen Pflanzenarten erleben verschiedene Staub Aufbewahrungsfristen sind noch unklar.

Derzeit ist Masse der PM_2,5, PM₁₀oder TSP auf Einheit des Blattes oft verwendet worden, um die Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten Umgebungsluft^14,15Uhr entfernen zu bewerten. Unter dem natürlichen Zustand, die PM auf Blattoberflächen beibehalten kann in zwei Teile eingeteilt werden: der erste Teil ist der PM, die Blätter aufgrund der Auswirkungen der Wind herunterfallen kann und Niederschläge, während der andere Teil die PM, die streng eingehalten wird ist, um Blatt-Oberflächen und nicht Ea arvelatwood durch Regen abgewaschen. Jedoch haben einige Studien auf die Masse der beiden Arten von PM auf Blattoberflächen konzentriert. Darüber hinaus unterscheiden sich die PM Aufbewahrungsfristen der Blätter in verschiedenen Studien enorm. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse dieser Studien werden so schlecht, wenn die Masse des PM auf Einheit des Blattes beibehalten angenommen wird, um die PM Entfernung Fähigkeiten der Bäume¹⁶zu bewerten. Infolgedessen die PM Aufbewahrung Effizienz (die Masse des PM beibehalten auf Einheit des Blattes pro Zeiteinheit), als Alternative wurde vorgeschlagen, dass der PM Reinigung Auswirkungen von Stadtbäumen^5,17. Im Allgemeinen gibt es noch ein Mangel an Forschung in diesem Aspekt. Es ist äußerst notwendig, um entsprechende Studien für verschiedene Baumarten methodische Grund- und Daten unterstützen für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten genau durchführen.

Hier wurden drei Laubbäume Baumarten (G. Biloba, Sophora Japonicaund Salix Babylonica) und zwei Needleleaf Baumarten (Pinus Tabuliformis und Sabina Chinensis) ausgewählt, um ihre PM-Entfernung zu bewerten Fähigkeiten unter zwei PM Aufbewahrungsfristen. Die Blatt-Probenahme-Website wurde im Xitucheng Park (39,97 ° N, 116,36 ° E), liegt in einem Gebiet mit starker Luftverschmutzung in Peking. Die drei spezifische Ziele dieser Studie waren: (1) zur Bewertung der Effizienz der verschiedenen Reinigungsmethoden (Wasserreinigung (WC), bürstenreinigung (BC) und Ultraschall-Reinigung (UC)) in eluierenden der PM auf den Blättern, (2) zu überprüfen, die Wirkung der Ultraschall-Reinigung auf Blatt eluierenden PM, und (3) zur Beurteilung der Effizienz der Aufbewahrung von verschiedenen Baumarten, PM₁, PM_2,5PM₅, PM₁₀und TSP.

Protokoll

1. Blatt-Sammlung, Elutions- und Massemessung der PM

1. Wählen Sie aus fünf gesunde Einzelbäume (d. h. fünf Wiederholungen) der einzelnen Baumarten mit ähnlichen Durchmesser in Brusthöhe. Vier größere Zweige nach dem Zufallsprinzip aus vier Richtungen der äußeren Haube in der Mitte Baldachin-Schicht zu sammeln und alle intakt Blätter abgeschnitten.
   Hinweis: Alle Pflanzen für Blatt Probenahme sollte eng in einem Begrünung Streifen mit Länge und Breite von etwa 250 bis 60 m, bzw. befinden um sicherzustellen, dass die Umweltbedingungen (Regen, Wind und Licht) dieser Bäume ähnlich sind. Die Blätter des Protokolls verwendet wurden am 15. Oktober (kurz Staub (SDR) Aufbewahrungsfrist) und 25. Oktober (lange Staub (LDR) Aufbewahrungsfrist) im Jahr 2014 gesammelt, die 4 bis 14 Tage nach der neuesten Niederschlag (> 15 mm), bzw. waren. Dem durchschnittlichen Niveau der PM unter kurz- und lang Staub Aufbewahrungsfrist (d. h. die Dauer zwischen der letzten Niederschlag und die Abtastzeit Blatt) in unserem Experiment wurden 26 (PM_2,5), 57 (PM₁₀) und 111 (PM_2,5), 160 µg/m³ (PM₁₀), beziehungsweise.
   1. Legen Sie die ausgewählten Blätter in beschrifteten Ventil Taschen und transportieren Sie die Taschen ins Labor sofort zu. Die Blattproben im Kühlschrank aufbewahren.
2. Waschen Sie und trocknen Sie die Becher in den Ofen 80 ° C. Equilibrate die Bechergläser, Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit und die leeren Becher (W₁) wiegen.
3. Nach dem Zufallsprinzip wählen Sie ein gewisses Maß an Blätter aus Blattproben und legen Sie die Blätter in einen 1000-mL-Becherglas (Becher A).
   Hinweis: Die Blattfläche ist über 2000 cm², die garantieren können, alle Blätter vollständig im Wasser untergetaucht werden können und der eluierten Staub hat genügend Gewicht genau abgewogen werden.
4. Das Becherglas A 270 mL entionisiertem Wasser hinzu und Tauchen Sie vollständig die Blätter in Wasser.
   1. Rühren Sie das Wasser für 60 s mit einem Glasstab in eine Richtung (Frequenz: 2 Sekunden für eine Umdrehung). Gießen Sie danach das Laufmittel in drei kleine 100 mL-Becher (Becher ein) gleichmäßig.
   2. Waschen Sie die Blätter mit einem feinen Spitzen Squeeze-Flasche mit 30 mL entionisiertem Wasser und übertragen Sie die gewaschenen Blätter auf einen 1000-mL-Becherglas (Becher B). Der Eluent in drei kleinen 100 mL-Becherglas gießen (Becherglas eine) gleichmäßig.
5. Becher B 270 mL entionisiertem Wasser hinzu und wieder Tauchen Sie die Blätter in Wasser. Verwenden Sie dann eine Nylonbürste zu schrubben die Blattoberfläche (Inverkehrbringen flache dünne Kunststoff-Platte) mit entionisiertem Wasser und vermeiden die Mikrostruktur der Blattoberfläche zu zerstören. Gießen Sie das Laufmittel in drei kleinen 100 mL Becher (Becher b).
   1. Die Blätter mit der squeezable Flasche mit feiner Spitze mit 30 mL entionisiertem Wasser waschen und die Blätter in einen 1000 mL Becher (Becher C) zu übertragen. Gießen Sie das Laufmittel in drei kleinen 100 mL Becher (Becher b).
6. Becher C 270 mL entionisiertem Wasser hinzu und wieder Tauchen Sie die Blätter in Wasser.
   1. Legen Sie den Glasbehälter in der Ultraschall Reinigungsanlage. Mit Hilfe einer Ultraschall-Leistung von 500 W, sauber für 3 min und 10 min für die Blätter der Laubbäumen und Needleleaf Baumarten, beziehungsweise. Rühren Sie die Blätter mit einem Glasstab in eine Richtung (Frequenz: 2 Sekunden für ein Kreis) gleichzeitig.
   2. Waschen Sie die Blätter mit der squeezable Flasche mit feiner Spitze mit 30 mL entionisiertem Wasser und Gießen Sie das Laufmittel in drei kleinen 100 mL Becher (Becher c).
7. Ein Stück sauber Filterpapier zu decken (Durchmesser = 11 cm, Fläche = 94,99 cm²) auf jedem Becher (a, b, C) und trocknen Sie die Becher in den Ofen 80 ° C für ca. 5 Tage, bis die Masse die Bechergläser konstant wird.
   1. Setzen Sie den Becher in einer Bilanz der Temperatur und Luftfeuchtigkeit für 30 min equilibrate und wiegen Sie die Masse von jeweils 100 mL-Becher (W₂). Berechnen Sie die Masse des PM für jede Reinigung Schritt durch W₂-W₁eluiert.

2. Messung des PM Größenverteilung und Blattfläche

1. Fügen Sie 50 mL deionisiertes Wasser, jedes wog Becher (a, b, C) oben genannten hinzu und legen Sie diese Becher in ein Ultraschall Reinigungsanlage für 30 min, bis die PM in entionisiertem Wasser zerstreut.
2. Die Granularität Lasergerät überstand im Becher (a, b, C) hinzu und Messen Sie die Größenverteilung der PM von verschiedenen Reinigungsstufen eluiert.
   1. Die gemessene Volumen Prozentsätze Massenprozent (Q) unterschiedlich große Partikel werden zu übernehmen. Berechnen Sie den Anteil der unterschiedlich große Partikel eluiert für jede Reinigung Schritt durch Gleichung (1):
      (1)
      wo steht für P_{i, j} den Masse Anteil (%) der Partikel innerhalb der j -Durchmesser-Klasse aus den Blattoberflächen von der Reinigung Schritt icheluiert; W_ich repräsentiert die gesamte Masse (g) alle große Partikel durch die Reinigung Schritt icheluiert; Q_{i, j} steht der Massenanteil (%) der Partikel innerhalb der j -Durchmesser-Klasse in der Gesamtmasse PM für die Reinigung Schritt icheluiert; i ist der Reinigungsstufe (d.h., WC, BC und UC); und j ist die Durchmesserklasse, die auf d ≤ 1 µm (PM₁) gesetzt wurde, 1 < d ≤ 2,5 µm (PM_1-2,5), 2.5 < d ≤ 5 µm (PM_2,5-5), 5 < d ≤ 10 µm (PM_5-10), d > 10 µm (PM_{> 10}) in der vorliegenden Studie.
3. Ausbreitung Blätter auf den Kunststoff an Bord und die Blätter mit einem hochwertigen Scanner zu scannen. Verwenden Sie automatische Bildanalyse-Software, um die Fläche und die projizierte Fläche der Blätter zu schätzen.
   Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten werden.

3. die Datenpräsentation und Analyse

1. Berechnen der gesamten abnehmbare Feinstaub (TRP) als Summe der ERP und DRP, die durch WC + BC eluiert werden kann + UC.
2. Berechnen Sie unter verschiedenen Staub Aufbewahrungsfristen die Gesamtmasse der PM innerhalb einer Specificdiameter-Klasse auf den Blättern als die Summe der Masse der PM im entsprechenden Durchmesserklasse durch die verschiedenen Reinigungsstufen (d.h., WC, BC und UC) eluiert beibehalten.
   1. Mit diesen Daten und die Endknoten Bereichsdaten, berechnen Sie die Aufbewahrung Effizienz (AE_Blatt) von verschiedenen großen Partikeln auf Einheit Oberfläche des Blattes nach Gleichung (2):
      (2)
      LZ_j und SZ_j sind die Masse (g) der Partikel innerhalb der j Durchmesserklasse auf Einheit des Blattes unter die Perioden der LDR und SDR, bzw. beibehalten; LT und ST sind die Anzahl der Tage in den Perioden des LDR und SDR, beziehungsweise.
3. Durchzuführen Sie die statistischen Analysen mit SPSS Software.
   1. Mithilfe der Kolmogorov-Smirnov-Test und der Levene-Test um die ANOVA Annahmen der Normalität und die Homogenität der Varianzen, bzw. für die Elution Prozentsätze der unterschiedlich großen Teilchen und die PM Aufbewahrung Kapazitätsdaten zu überprüfen.
   2. Gelten Sie einfache ANOVA untersuchen die Auswirkungen der verschiedenen Reinigungsstufen auf die Elution Prozentsätze der unterschiedlich große Partikel unter verschiedenen Staub Aufbewahrungsfristen. Verwenden Sie Duncan Test (P = 0,05), das erhebliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Reinigungsstufen zu erkennen.

Ergebnisse

Die PM auf Blattoberflächen beibehalten hatte zwei Arten unter natürlichen Bedingungen. Die PM fällt leicht durch Regen und Wind unter natürlichen Bedingungen wird definiert als die leicht entfernbaren Feinstaub (ERP). Diese Art der Uhr wurde von der PM eluiert von WC in dieser Studie vertreten. Der PM, die sich eng um Blatt hält Oberflächen und kann nicht durch BC leicht abgewaschen werden und UC ist definiert als die schwer zu entfernende Feinstaub (DRP). Diese Art der Uhr kann ni...

Diskussion

Präzise und korrekte Sammlung der PM auf Blattoberflächen beibehalten ist die Grundlage für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten. Jedoch die konventionellen Reinigungsmethode (WC oder plus BC) kann nicht vollständig entfernen Sie den Staub auf Blattoberflächen, die durch scanning Electron Microscopy¹⁰bestätigt wurde. Dies zeigte sich weiter deutlich durch die vorliegende Studie (Abbildung 1, Abbildung 2<...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
MSA2258-1CE-DU ten-thousandth scale	Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.	MSA2258-1CE-DU	precision: 0.01 mg
The IS13320 laser granularity instrument	Beckman Coulter, Brea, USA	IS13320	working conditions: liquid/power samples; particle size range of measurement: 0.017-2000 μm
Epson Twain Pro high-quality scanner	Seiko Epson, Nagano, Japan	expression1680
Automatic image analysis software WinRHIZO	Regent Instruments Inc., Quebec, Canada	WinRHIZO Pro 2013a