気相・液相反応メカニズムに基づいた有機エアロゾルのモデル開発と物理化学特性解明（平成 30年度）
Model development and understanding of physicochemical properties of organic aerosol based on gas- and aqueous- phase reaction mechanisms

研究概要

重要な大気汚染物質である有機エアロゾル(OA)の数値モデリングはここ十年で急速に進展したものの未だ半経験的な数値モデルが主流であり、化学反応の本質的な理解に基づいていない。本研究では、気相反応や粒子相反応の化学メカニズムを基にしたOAモデルを構築する。なかでも、気相反応として半揮発性の揮発性有機化合物(SVOC)の多段階酸化反応、粒子相反応として硝酸エステル・硫酸エステルの生成や、カルボニル化合物の重合反応などを明示的に計算するメカニズムモデルを新たに構築する。さらに、これらの化学反応メカニズムに基づいて、半経験的モデル(揮発性基底関数(VBS)モデル)を高度化して、二次有機エアロゾル(SOA)の生成過程や動態を明らかにするとともに、開発したモデルを微小粒子状物質(PM2.5)の予測計算や健康影響評価に活用する。

研究の性格

• 主たるもの：基礎科学研究
• 従たるもの：

全体計画

平成29年度には、気相反応の化学メカニズムモデルを構築するために、飽和蒸気圧や活量係数を推計するとともに、これらを考慮した化学メカニズムをモデル化する。また、化学メカニズムで記述されるSVOCの多段階酸化反応を半経験的モデルへ反映する。平成30年度には、気相反応メカニズムにおける化学成分との整合を取りながら液相反応の化学メカニズムモデルを構築するとともに、半経験的モデルへ適用する。合わせて重合反応を新たにモデル化することで、気相反応メカズムで考慮されていない、低揮発性SOAの生成過程を取り扱う。平成31年度には、これらのエアロゾルモデルをボックスモデルと３次元モデルに実装して、新規に考慮したSOA生成プロセスの寄与を評価するとともに、これらのモデルを活用してSOAの物理化学特性を明らかとする。

今年度の研究概要

液相反応と重合化反応をモデル化する。第一に気相反応メカニズムMCMと液相反応メカニズムCAPRAMの有機成分を対応させるとともに、CAPRAMで考慮されている化学成分の熱力学特性（飽和蒸気圧と活量係数）を整理する。これらのデータを基に、液相反応メカニズムに基づく数値モデルを構築する。また、重合反応計算に用いる重合体の生成・分解速度を決定するために、重合体の生成・解離の自由エネルギーを整理して、数値モデルに組み込む。合わせて、これら粒子内反応も半経験的モデルに反映することで、これまでほとんど扱われていない粒子内の多段階酸化反応を現実的に計算する。
ここまでに構築した気相反応と不均一反応の半経験的モデルを順にボックスモデルと三次元モデルに実装する。