De ultrasone reiniging methode werd toegepast om elueer de zwevende deeltjes (PM) op blad oppervlakken achtergebleven nadat PM was geëlueerd door de conventionele reiniging methodes (schoonmaken alleen water of water schoonmaken plus borstel schoonmaken). De methodologie kan bijdragen tot verbetering van de nauwkeurigheid van de schatting voor PM retentie capaciteit van bladeren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Beoordeling van de zwevende deeltjes verwijderen capaciteiten van boom verlaat
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Op basis van de conventionele reinigingsmethoden (water schoonmaak (WC) + borstel schoonmaken (BC)), evalueerde deze studie de invloed van de ultrasone reiniging (UC) op het verzamelen van verschillende grootte zwevende deeltjes (PM) behouden op blad oppervlakken. We verder gekenmerkt met de efficiëntie van de bewaring van bladeren aan verschillende formaat PM, dat zal bijdragen tot de beoordeling van de capaciteiten van de stedelijke bomen kwantitatief PM uit de lucht te verwijderen.
Blad monsters werden drie breedbladige boomsoorten (Ginkgo biloba, Sophora japonica en Salix babylonica) en twee naaldbomen boomsoorten (Pinus tabuliformis en Sabina chinensis) als de objecten van onderzoek te nemen, 4 dagen (korte PM bewaarperiode) en 14 dagen (lange PM bewaarperiode) na de laatste regenval verzameld. PM bewaard op de oppervlakken van het blad was verzameld door middel van WC, BC, en UC in volgorde. Vervolgens, retentie efficiëntie van drie soorten de verschillende grootte PM, met inbegrip van eenvoudig verwijderbaar PM (ERP), moeilijk te verwijderen PM (DRP), en volledig verwisselbare PM (TRP), bladeren (AEblad) werden berekend. Slechts ongeveer 23% - 45% van de totale PM op achtergebleven verlaat kon worden schoongemaakt en verzameld door WC. De bladeren werden gereinigd door WC + BC, toen de onderschatting van de PM retentie capaciteit van verschillende boomsoorten in het bereik van 29-46% voor verschillende formaat PM. bijna alle PM op bladeren behouden kon worden verwijderd als UC werd aangevuld tot WC + V.Chr.
Kortom, als de UC werd aangevuld na de conventionele reinigingsmethoden, kan meer PM op blad oppervlakken worden geëlueerd en verzameld. De procedure die is ontwikkeld in deze studie kan worden gebruikt voor de beoordeling van de PM verwijdering capaciteiten van verschillende boomsoorten.
Inleiding
De capaciteiten van verschillende boomsoorten PM verwijderen uit de lucht kunnen worden beoordeeld door middel van kwantificering van de massa van PM bewaard op blad oppervlakken. Om dit te bereiken, de aftrekken methode1,2, het membraan filter methode3,4,5, en de elutie-weging methode in combinatie met deeltje grootte analyse6 geweest toegepast voor het kwantitatief het inschatten van de massa van PM2.5 (diameter ≤ 2,5 µm), PM10 (diameter ≤ 10 µm) of totaal zwevende deeltjes (TSP) behouden op Bladeren. Nochtans, hangt de nauwkeurigheid van deze methoden in principe in hun prestaties bij het verzamelen van PM bewaard op de oppervlakken van het blad. Op dit moment omvat het conventionele blad schoonmaak methode gebruikt in verwante studies vaak één of twee stappen, namelijk alleen water wassen (geniet en bladeren met gedeïoniseerd water spoelen)3,7 of plus borstelen5, 8 , 9. echter, sommige studies10,11 hebben aangetoond dat PM op blad oppervlakken niet volledig geëlueerd kon worden met de conventionele methode van reiniging. Ultrasone reiniging heeft de voordelen van hoge snelheid, hoge kwaliteit en weinig schade aan het oppervlak van het object, heeft het een groot potentieel om te worden gebruikt voor het verzamelen van de PM op blad oppervlakken met complexe microstructuren achtergebleven. Op dit moment ultrasone reiniging is toegepast in sommige studies te verzamelen PM bewaard op blad oppervlakken (dat wil zeggen, zet de bladeren in gedeïoniseerd water, en gebruik de ultrasone reiniger te elueren PM)12,,13. Deze methode is echter alleen gebruikt als aanvulling op een blad schoonmaak methode, terwijl het is niet bekend of de ultrasone reiniging een positief effect heeft op het verzamelen van PM van blad oppervlakken en het optimale operationele parameters ook niet duidelijk zijn. Onze vorige onderzoek heeft aangetoond dat de PM op Ginkgo biloba blad oppervlak achtergebleven kon worden volledig geëlueerd zonder vernietiging van de oppervlakken van het blad, als een goede ultrasone reiniging procedure werd aangevuld met de conventionele schoonmaak methode11 . Echter, de stabiliteit en de algemene toepasbaarheid van de ultrasone reiniging parameters (ultrasone energie, tijd en andere informatie) aan verschillende plantensoorten ervaren van verschillende stof bewaringstermijnen zijn nog steeds niet duidelijk.
De massa van PM2.5, PM10, of Theelepel op blad oppervlakte-eenheid is op dit moment vaak gebruikt om te evalueren van de capaciteiten van verschillende boomsoorten PM verwijderen uit de lucht14,15. Onder de natuurlijke toestand, de PM bewaard op blad oppervlakken kan worden ingedeeld in twee delen: het eerste deel is de PM dat bladeren als gevolg van de effecten van wind vallen kan en regen, terwijl het andere deel de PM dat strak is om het blad wordt nageleefd oppervlakken en ea kan niet worden sily afgewassen door regenval. Enkele studies hebben echter gericht op de massa van beide soorten PM op blad oppervlakken. Bovendien, verschillen de bewaringstermijnen van de PM van bladeren in verschillende studies enorm. De vergelijkbaarheid van de resultaten van deze studies zullen zo slecht, als de massa van PM bewaard op blad oppervlakte-eenheid voor de beoordeling van de capaciteiten van de verwijdering PM van bomen16wordt aangenomen. Bijgevolg de PM retentie efficiëntie (de massa van PM bewaard op blad oppervlakte-eenheid per tijdseenheid), als alternatief, werd voorgesteld om te evalueren van de effecten van de zuivering PM van stedelijke bomen5,17. In het algemeen, is er nog steeds een gebrek aan onderzoek in dit aspect. Het is uiterst noodzakelijk voor het verrichten van relevante studies voor verschillende boomsoorten aan ondersteuning van methodologische basic en gegevens voor de beoordeling van de PM verwijdering capaciteiten van verschillende boomsoorten nauwkeurig worden geboden.
Hier werden drie breedbladige boomsoorten (G. biloba Sophora japonicaen Salix babylonica) en twee naaldbomen boomsoorten (Pinus tabuliformis en Sabina chinensis) geselecteerd om het evalueren van hun verwijdering van PM capaciteiten onder twee PM bewaringstermijnen. De site van de bemonstering blad was in Xitucheng Park (39.97° noorderbreedte, 116.36° E), gelegen in een gebied met zware vervuiling in Peking. De drie specifieke doelstellingen van deze studie waren: (1) te beoordelen van de efficiëntie van verschillende blad reinigingsmethoden (water schoonmaak (WC), borstel schoonmaak (BC) en ultrasone reiniging (UC)) in de PM op Bladeren, (2) om te controleren of het effect van de ultrasone reiniging op eluerende eluerende PM, en (3) om de efficiëntie van de retentie van verschillende boomsoorten PM1PM2.5, PM5, PM10, en Theelepel te beoordelen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. bladeren verzamelen, elutie en massa meten van PM
- Selecteer vijf gezonde individuele bomen (dat wil zeggen, vijf wordt gerepliceerd) van elke boomsoort met soortgelijke diameter op borsthoogte. Vier grotere takken willekeurig te verzamelen vanuit de vier richtingen van de buitenste baldakijn in de middelste luifel laag en afgesneden van alle intact bladeren.
Opmerking: Alle planten voor blad bemonstering moeten worden gevestigd nauw samen in een "vergroening" strip met lengte en breedte van ongeveer 250 en 60 m, respectievelijk, om ervoor te zorgen dat de milieu-omstandigheden (wind, licht en regen) van deze bomen vergelijkbaar zijn. De bladeren in het protocol gebruikt werden in 2014, die respectievelijk 4 en 14 dagen na de laatste regenval (> 15 mm), op 15 oktober (korte stof (SDR) bewaarperiode) en 25 oktober (lang stof (LDR) bewaarperiode) verzameld. De gemiddelde niveaus van PM onder de korte en de lange stof bewaarperiode (dat wil zeggen, de tijdsduur tussen de laatste regenval en de bemonsteringstijd blad) in ons experiment waren 26 (PM2.5), 57 (PM10) en 111 (PM2.5), 160 µg/m3 (PM10), respectievelijk.- Plaats de bemonsterde bladeren in gelabelde klep zakken en de zakken naar het laboratorium onmiddellijk vervoeren. Bewaar het blad monsters in de koelkast.
- Was en droog de bekers in de 80 ° C-oven. De kopjes op kamer temperatuur en vochtigheid equilibreer en weegt de lege bekers (W1).
- Willekeurig selecteren van een bepaalde hoeveelheid bladeren van monsters van het blad en zetten van de bladeren in een bekerglas van 1000 mL (bekerglas A).
N.B. Het blad gebied is ongeveer 2000 cm2, die alle bladeren kunnen volledig worden ondergedompeld in het water en de eluted stof heeft voldoende gewicht nauwkeurig worden afgewogen kan garanderen. - 270 mL gedeïoniseerd water toevoegen aan het bekerglas A en de bladeren in water volledig onder te dompelen.
- Roer het water voor 60 s met een roerstaaf in één richting (frequentie: 2 seconden voor een rotatie). Giet daarna het eluent in drie kleine bekerglazen van 100 mL (bekerglas een) gelijkmatig.
- Spoel de bladeren met behulp van een fijne omver te werpen squeeze fles met 30 mL gedeïoniseerd water en de gewassen bladeren overbrengen in een bekerglas van 1000 mL (bekerglas B). Giet het eluent in drie kleine bekerglas van 100 mL (bekerglas een) gelijkmatig.
- 270 mL gedeïoniseerd water toevoegen aan Beaker B en dompel de bladeren in het water weer. Vervolgens via een nylon borstel schrobben van het oppervlak van de leaf (plaatsing op plat dunne kunststof plaat) met gedeïoniseerd water en voorkomen van de vernietiging van de microstructuur van blad oppervlak. Giet het eluent in kleine bekerglazen van drie 100 mL (bekerglas b).
- Spoel de bladeren met behulp van de SAMENKNIJPBARE fles met fijne punt met 30 mL gedeïoniseerd water en breng de bladeren in een bekerglas van 1000 mL (bekerglas C). Giet het eluent in klein bekerglas van drie 100 mL (bekerglas b).
- 270 mL gedeïoniseerd water toevoegen tot bekerglas C en dompel de bladeren in het water weer.
- Zet de container voor glas in de ultrasoon schoonmaak machine. Met behulp van een ultrasoon vermogen van 500 W, schoon voor 3 min en 10 min. voor bladeren van de breedbladige en naaldbomen boomsoorten, respectievelijk. Roer de bladeren met een roerstaaf in één richting (frequentie: 2 seconden voor een cirkel) tegelijk.
- Wassen van de bladeren met behulp van de SAMENKNIJPBARE fles met fijne punt met 30 mL gedeïoniseerd water en giet het eluent in kleine bekerglazen van drie 100 mL (bekerglas c).
- Dekking van een stuk van schone filtreerpapier (diameter = 11 cm, gebied = 94.99 cm2) op elk bekerglas (a, b, c) en droog de bekers in de oven van 80 ° C ongeveer 5 dagen totdat de massa van de bekers constant verandert.
- Zet de bekerglazen in een evenwicht zaal equilibreer de temperatuur en de vochtigheid gedurende 30 minuten, en wegen van de massa van de bekerglazen van elk 100 mL (W-2). Bereken de massa van PM door elke reiniging stap door W2-W1geëlueerd.
2. meting van PM grootteverdeling en Leaf Area
- Voeg 50 mL gedeïoniseerd water op elke gewogen bekerglas (a, b, c) hierboven vermeld en plaats deze bekerglazen in een ultrasoon schoonmaak machine gedurende 30 minuten totdat de PM in gedeïoniseerd water verspreidt.
- De bovendrijvende vloeistof in het bekerglas (a, b, c) toevoegen aan de laser granulariteit instrument en meet de grootteverdeling van PM geëlueerd door verschillende schoonmaak stappen.
- Neem aan dat de percentages gemeten volume als massa percentages (Q) van verschillen in de grootte deeltjes. Bereken het percentage van verschillende middelgrote deeltjes geëlueerd door elke reiniging stap door vergelijking (1):
(1)
waar Pi, j vertegenwoordigt de massa verhouding (%) van de deeltjes in de j diameter klasse geëlueerd van de oppervlakken van het blad door de reiniging stap ik; Wik vertegenwoordigt de totale massa (g) van alle grote deeltjes geëlueerd door de reiniging stap ik; Qi, j vertegenwoordigt de massa percentage (%) van de deeltjes in de klasse j diameter in de totale massa van de PM geëlueerd door de reiniging stap ik; Ik is de schoonmaak stap (dat wil zeggen, WC, BC, en UC); en j is de diameter-klasse, die werd ingesteld bij d ≤ 1 µm (PM-1), 1 < d ≤ 2,5 µm (PM1-2,5), 2.5 < d ≤ 5 µm (PM2.5-5), 5 < d ≤ 10 µm (PM5-10), d > 10 µm (PM> 10) in de huidige studie.
- Neem aan dat de percentages gemeten volume als massa percentages (Q) van verschillen in de grootte deeltjes. Bereken het percentage van verschillende middelgrote deeltjes geëlueerd door elke reiniging stap door vergelijking (1):
- Verspreiding bladeren op de plastic aan boord en de bladeren te scannen met een scanner van hoge kwaliteit. Gebruik de software van de analyse van de afbeeldingen automatisch de oppervlakte en de geprojecteerde oppervlak van bladeren.
Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
3. De gegevenspresentatie en analyse
- De totale verwisselbare zwevende deeltjes (TRP) berekenen als de som van de ERP en DRP die kan worden geëlueerd door WC + BC + UC.
- Bereken de totale massa van de PM binnen een specificdiameter klasse behouden op Bladeren als de som van de massa van de PM binnen de bijbehorende diameter klasse geëlueerd door de verschillende schoonmaak stappen (dat wil zeggen, WC, BC, en UC) onder verschillende stof bewaartermijnen.
- Met behulp van deze gegevens en de gegevens van de oppervlakte blad, berekenen de retentie efficiëntie (AEblad) van de verschillende grootte deeltjes op eenheid blad oppervlakte met behulp van vergelijking (2):
(2)
waar LZj en SZj de massa (g) van de deeltjes in de j diameter klasse behouden op landeenheid van het blad onder de perioden van LDR en SDR, respectievelijk zijn; LT en ST zijn het aantal dagen in de perioden van LDR en SDR, respectievelijk.
- Met behulp van deze gegevens en de gegevens van de oppervlakte blad, berekenen de retentie efficiëntie (AEblad) van de verschillende grootte deeltjes op eenheid blad oppervlakte met behulp van vergelijking (2):
- Het gedrag van alle statistische analyses met SPSS software.
- Gebruik de Kolmogorov-Smirnov-test en de Levene test om te controleren of de ANOVA-uitgangspunten van normaliteit en de homogeniteit van varianties, respectievelijk voor de percentages van de elutie van de deeltjes van verschillen in de grootte en de PM-retentiegegevens capaciteit.
- Toepassing one-way ANOVA om te onderzoeken van de effecten van de verschillende schoonmaak stappen op de percentages van de elutie van de deeltjes van verschillende grootte onder verschillende stof bewaringstermijnen. Duncan's test gebruiken (P = 0,05) om te ontdekken de aanzienlijke verschillen tussen de verschillende schoonmaak stappen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De PM bewaard op blad oppervlakken had twee typen onder natuurlijke omstandigheden. De PM eraf valt gemakkelijk door regen en wind onder natuurlijke omstandigheden is gedefinieerd als het eenvoudig verwijderbaar zwevende deeltjes (ERP). Dit soort PM werd vertegenwoordigd door de PM geëlueerd door WC in deze studie. De PM die strak om het blad oppervlakken en kan niet gemakkelijk worden afgewassen door BC en UC is gedefinieerd als de deeltjes moeilijk te verwijderen (DRP). Dit soort PM kan...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Nauwkeurige en correcte collectie van de PM bewaard op blad oppervlakken is de basis voor de beoordeling van de PM verwijdering capaciteiten van verschillende boomsoorten. Echter, de conventionele methode van de schoonmaak (WC of plus BC) niet volledig verwijderen van het stof op blad oppervlakken, die is bevestigd door het scannen van elektronenmicroscopie10. Dit werd verder duidelijk aangetoond door de huidige studie (afbeelding 1, afbeelding 2<...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gesteund door de fundamentele middelen voor onderzoek voor de centrale universiteiten (2017ZY21) en de nationale Natural Science Foundation van China (21607038).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| MSA2258-1CE-DU tienduizendste schaal | Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd. | MSA2258-1CE-DU | precisie: 0,01 mg |
| De IS13320 laser granulariteitsinstrument | Beckman Coulter, Brea, USA | IS13320 | werkomstandigheden: vloeistof/stroommonsters; deeltjesgroottebereik van meting: 0,017-2000 μm |
| Epson Twain Pro hoogwaardige scanner | Seiko Epson, Nagano, Japan | expression1680 | |
| Automatische beeldanalysesoftware WinRHIZO | Regent Instruments Inc., Quebec, Canada | WinRHIZO Pro 2013a |
Referenties
- Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China. Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).
- Fan, S. Y., et al. Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing. Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).
- Dzierzanowski, K., Gawroński, S. W. Use of trees for reducing particulate matter pollution in air. Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).
- Przybysz, A., Sæbø, A., Hanslin, H. M., Gawroński, S. W. Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time. Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).
- Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment. Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).
- Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. Exploration of a quantitative methodology to characterize the retention of PM2.5 and other atmospheric particulate matter by plant leaves: Taking Populus tomentosa as an example. Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).
- Zhang, F. Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs. Jilin Agricultural University. , Changchun. (2013).
- Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. Effective tree species for local air-quality management. Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).
- Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions. Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).
- Wang, Z. H., Li, J. B. Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city. Ecology & Environment. 15, 327-330 (2006).
- Liu, H. H., et al. Analysis of the Role of Ultrasonic Cleaning in Quantitative Evaluation of the Retention of Tree Leaves to Atmospheric Particles: A Case Study with Ginkgo biloba. Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).
- Chen, W., et al. Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China. Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).
- Li, H., Yang, S. L. Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants. Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).
- Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves. Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).
- Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China. Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).
- Liu, J. Q., et al. Ultrasonic based investigation on particulate size distribution and retention efficiency of particulate matters retained on tree leaves-Taking Ginkgo biloba and Pinus tabuliformis as examples. Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).
- Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing. Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).
- Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum. Journal of Safety & Environment. 1, 258-262 (2015).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
