Effects of humidity and fatty acid surfactants on the uptake of NO2 to NaCl : combined study of kinetics and surface analysis

par Sara Scolaro

Thèse de doctorat en Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement

Sous la direction de Claude Brémard et de Denis Petitprez.

Soutenue le 05-11-2009

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Effet de l'humidité et de molécules tensio-actives sur la capture du dioxyde d'azote (NO2) par le chlorure de sodium (NaCl) : etude cinétique et analyse de surface


  • Résumé

    Des études cinétiques et des analyses de surface ont été effectuées sur la réaction multiphasique entre le gaz NO2 et des cristaux de NaCl en présence de molécules tensio-actives sous air humide. Ces études de laboratoire contribuent à la validation de processus de chimie atmosphérique suggérés par des campagnes de mesure sur des aérosols d’origine marine. Les vents provoquant des vagues à la surface des océans propulsent de nombreuses gouttelettes d’eau de mer dans la troposphère où elles se déshydratent partiellement et forment l’aérosol marin, constitué de particules de taille micrométrique comportant du NaCl et de nombreux composés mineurs dont des acides gras (stéarique, oléique). Les concentrations en particules peuvent dépasser 20 µg/m3 dans l’air des zones côtières. Des quantités énormes d’oxydes d’azote (NO, NO2) sont émises actuellement par les transports et le chauffage et leur concentrations peuvent dépasser 100 µg/m3 dans les zones fortement antropisées. Le passage de masses d’air d’origine marine dans des zones fortement urbanisées a des impacts négatifs sur la qualité des eaux continentales par des pluies chargées en nitrates et sur la qualité de l’air par des dégagements de gaz chlorés. La cinétique de la réaction montre que la capture de NO2 par NaCl est favorisée a des fortes humidités. Par contre un revêtement d’acides gras réduit peu la production de NaNO3 et l’émission de NOCl. Les études de surfaces par microimagerie Raman polarisée et microscopie à force atomique mettent en évidence des processus de précipitation et de migration de surface dans la production de nanocristaux de NaNO3 et le faible rôle protecteur des molécules tensio-actives.


  • Résumé

    In this laboratory work we studied an important atmospheric process typical of polluted costal regions: the heterogeneous reaction of a gaseous pollutant of mainly anthropogenic origin, NO2, on NaCl(100), taken as a surrogate for marine aerosol. Evidence of the presence of a native organic coating on field-collected marine aerosol particles inspired us to investigate the effect of insoluble fatty acids on the heterogeneous removal reaction of NOx in the marine boundary layer. The originality of this work consists in coupling reactivity studies with high spatial resolution surface analysis. The surface is followed, before and after reaction, via Raman micro-spectrometry and AFM techniques. Significant modifications in the morphology and orientation of the formed NaNO3 crystals on the surface are found as a function of humidity during the reaction. A thin organic coating on the salt surface is prepared and characterized. The reactivity of the coated/uncoated salt is measured in a static reactor where the gaseous phase composition can be monitored by FTIR spectrometry in different humidities (RH=0-80%). From NO2 and ClNO kinetics we can independently estimate both the uptake and the reaction probability coefficients. The presence of a palmitic or oleic acid coating slightly hinders the reactivity, especially in some humidities. By coupling all experimental information to a simple reactivity model which fits the experimental data well, we can conclude that the NO2/NaCl reaction directly releases a precursor of active chlorine atoms (ClNO) into the atmosphere, even at high humidities.


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