黑炭在冰雪中广泛存在,然而目前尚未有针对冰中黑炭光化学作用的研究。冰中黑炭通过光化学作用可能产生单线态氧（¹O₂^*）自由基,从而对冰中污染物迁移转化起到重要影响。本文通过室内模拟实验,以氙灯（Xe）为光源,研究了蜡烛灰、燃煤电厂飞灰、黄松生物炭、石墨、碳纳米管和炭黑这6种黑炭或类黑炭物质在冰中的光化学作用,测定了¹O₂^*的浓度并计算了量子产率。同时,根据实验结果估算出了天然雪中黑炭来源¹O₂^*的浓度,并评估了冰中¹O₂^*是否为一些污染物重要的汇。此外,还设计实验分离了黑炭中的各类组分（大颗粒黑炭、小颗粒黑炭、其余有机物和其余无机物）,以期找到参与¹O₂^*生成的有效组分。最后,考察了几种典型的影响因素,包括介质状态（冰水对比）、黑炭浓度、温度。主要结论如下:1黑炭的物理性质在6种黑炭或类黑炭物质中,仅碳纳米管的粒径是纳米（nm）级别,其余均是微米（μm）级别,粒径大的黑炭比表面积小。相同质量浓度黑炭悬浊液的吸光度值从高到低为:炭黑>蜡烛灰>碳纳米管>石墨>黄松生物炭>燃煤电厂飞灰。对于过滤后（即去除粒径>0.22μm组分）的滤液,碳纳米管的吸光度值明显高于其他黑炭。除碳纳米管外其他5种黑炭中,滤液吸光度值从高到低的顺序为:生物炭>蜡烛灰>燃煤电厂飞灰>石墨>炭黑。滤液仍然吸光说明仍有小粒径黑炭或其他物质存在于滤液当中。碳纳米管滤液吸光度值显著高于其他黑炭可能是因为其平均粒径较小,过滤后仍然有一部分存在于滤液中。2冰中黑炭光反应生成¹O₂^*在氙灯照射下,蜡烛灰、黄松生物炭、碳纳米管和石墨这4种黑炭显著消耗呋喃甲醇（Furfural alcohol,FFA,¹O₂^*选择性探针）,这意味着¹O₂^*的生成。炭黑和燃煤电厂飞灰则几乎不消耗FFA。不同种类黑炭冻冰后光反应生成¹O₂^*浓度（已进行光子通量归一化计算,下同）由高到低的顺序为:碳纳米管>蜡烛灰>生物炭>石墨。而将黑炭悬浊液中大颗粒去除（去除粒径>0.22μm组分）,再对滤液冻冰光照,却得到与上述不同的结果,生成¹O₂^*由高到低顺序为:石墨>蜡烛灰>生物炭>碳纳米管。这种差异可能是因为冻冰过程中大颗粒的黑炭吸附了小颗粒及其他组分,影响了这些组分在冰中的传质,从而导致¹O₂^*生成降低。3对污染物的影响通过计算,得出自然冰雪环境中黑炭来源¹O₂^*浓度为1.6¹1E-13 M。如果假定此浓度区间为自然冰雪环境¹O₂^*浓度。则对于苯胺、萘、喹啉、组氨酸和色氨酸这些污染物来说,冰中¹O₂^*可能是一个重要的汇。4黑炭中生成¹O₂^*有效组分的确定设计实验去除了蜡烛灰和石墨中的小颗粒（粒径≤0.22μm）和有机物组分,仅保留大颗粒和无机物组分,并使用这种处理后的黑炭进行冻冰光照。研究发现这2种黑炭均不产生¹O₂^*,这说明大颗粒黑炭（粒径>0.22μm）和无机物并不参与生成¹O₂^*的光反应。设计实验去除了碳纳米管和石墨中的部分有机物,保留其他组分,并使用这种处理后黑炭进行冻冰光照。研究发现对于石墨,去除有机物后生成的¹O₂^*与原始组分相比有一定的差异,这说明对于石墨,有机物参与光反应并生成¹O₂^*。碳纳米管未得出有效结论。5影响¹O₂^*生成的因素对比蜡烛灰和生物炭分别在冰中和水中的光反应可知,冰冻的确显著促进了反应,促进倍数大致为10³¹0⁴,符合冷冻浓缩效应的一般效应倍数10²¹0⁵。对比不同浓度黑炭（1,10,100 mg/L）在冰中光反应生成¹O₂^*可知,10倍浓度的黑炭（碳纳米管、蜡烛灰、生物炭、石墨）生成¹O₂^*的浓度也呈近似的10倍关系。对比不同温度（-10℃和-5℃）下黑炭在冰中光反应生成的¹O₂^*可知,每种黑炭（碳纳米管、蜡烛灰、生物炭、石墨）在-10℃和-5℃下差异均不明显。