Auf den nassen Oberflächen atmosphärischer Partikel werden Sonnenlicht absorbierende organische Verbindungen produziert

Heterogene Oxidationsreaktionen können beim Mischen von Chemikalien auftreten, die sich in zwei verschiedenen physikalischen Zuständen befinden, wie z. B. einer Flüssigkeit und einem Gas; zum Beispiel in der Atmosphäre die Reaktion von gasförmigen Nitrat (NO3) freien Radikalen, die die nasse Oberfläche von Aerosolpartikeln erreichen, die aromatische Schadstoffe von Waldbränden enthalten.

In einer solchen Situation wandelt die heterogene Reaktion Phenole in sonnenlichtabsorbierende Nitroaromaten um. Der Prozess sollte während der Nacht wichtig sein, wenn die Konzentration von Nitratradikalspitzen und gefährlichen Schadstoffen auf der Oberfläche von Schwebeteilchen durch Mechanismen umgewandelt werden kann, die zuvor von Atmosphärenwissenschaftlern nicht berücksichtigt wurden.

Angesichts der großen Verteilung von Partikeln in der Luft sollte dieser nächtliche Prozess in Regionen, die von Waldbränden oder der Verbrennung fossiler Brennstoffe betroffen sind, ziemlich häufig sein. Daher können Phenolmoleküle eine aktive Rolle bei der Veränderung der Absorption von Sonnenlicht durch atmosphärische Partikel und der chemischen Struktur spielen, was wiederum die Luftqualität und das Klima beeinflusst.

„Früheres Lehrbuchmaterial erklärte im Allgemeinen, dass nitroaromatische Verbindungen durch Gasphasenreaktionen der Nitrierung gebildet werden, aber unsere neue Arbeit zeigt, dass Reaktionen auf nassen Aerosoloberflächen hochwirksam sind, um Nitrophenole herzustellen“, sagte Prof. Marcelo Guzman vom Fachbereich Chemie der Universität von Kentucky.

„Es gibt keine vorherige wissenschaftliche Betrachtung der Nitrierungsreaktionen an der Grenzfläche von Wasser und Luft, der Art und Weise, wie solche Prozesse initiiert werden, oder der Mechanismen, durch die Nitratradikale zu solchen Reaktionen beitragen können.“

Phenole sind primäre Schadstoffe, die bei Waldbränden in die Luft freigesetzt werden oder in der Atmosphäre entstehen, wenn Lösungsmittel aus Raffinerien für fossile Brennstoffe und anderen Industrien in die Luft gelangen und oxidiert werden. Die Studie, erschienen in Umweltwissenschaft und -technologieberichten, dass Phenole bevorzugt ein Elektron auf Nitratradikale übertragen oder vorübergehend an das Molekül binden.

Diese Mechanismen sollten für andere atmosphärische Verbindungen funktionieren, die mit Nitratradikalen reagieren. Beispielsweise entsteht beim Abbau von Aromaten, die Ozon ausgesetzt sind, das Molekül Muconsäure. Die Studie verglich auch die Ergebnisse der Nitrierungsreaktionen mit denen, die durch Ozon an der Grenzfläche von Wasser und Luft angetrieben wurden.

Verwandte Studien haben gezeigt, dass die neu produzierten gelblichen Moleküle mehr Sonnenlicht absorbieren und die Absorptionseigenschaften atmosphärischer Partikel erhöhen. Aufgrund der größeren Absorption von Sonnenlicht durch die Produkte wird für dieses gelbliche Material häufig der Begriff Brown Carbon verwendet.

Prof. Guzman schloss: „Die Bildung gelber organischer Nitratprodukte erhöht die Absorption atmosphärischer Aerosole, was wahrscheinlich den Strahlungsantrieb von Partikeln beeinflusst, ein Faktor, der lange Zeit übersehen wurde.“