用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置。所述流動(dòng)反應(yīng)裝置長(zhǎng)約22米，包括：進(jìn)樣區(qū)(一)，過渡區(qū)(二)，成核區(qū)(三)及生長(zhǎng)區(qū)(四)四個(gè)部分；所述進(jìn)樣區(qū)包括三個(gè)進(jìn)樣口及一組水浴加熱進(jìn)出水口；所述過渡區(qū)包括一個(gè)溫濕度檢測(cè)口，一個(gè)低揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)樣口和一個(gè)初級(jí)采樣口；所述成核區(qū)包括一組水浴控溫的進(jìn)出水口，多個(gè)中級(jí)采樣口，以及一個(gè)位于成核區(qū)上部的溫濕度檢測(cè)口；所述生長(zhǎng)區(qū)包括多個(gè)生長(zhǎng)區(qū)采樣口。各個(gè)采樣口的粒子數(shù)濃度及粒徑變化通過掃描電遷移率粒徑譜儀來進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明專利技術(shù)的流動(dòng)反應(yīng)裝置可用來研究大氣中新粒子的生成機(jī)制和增長(zhǎng)特性，進(jìn)而研究氣溶膠成核的動(dòng)力學(xué)，具有精密度高、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

A flow reaction device for the formation and growth of new aerosol particles

A flow reaction device for the formation and growth of new aerosol particles is disclosed. The flow reactor is about 22 meters long, including: sample area (a), transition zone (two), the core zone (three) and (four) the growth area of four parts; the sample area includes three inlet and a group of water bath heating inlet and outlet of the transition zone; including a temperature and humidity detection, a low volatile material inlet and a primary sampling port; the water inlet and outlet zone includes a set of water bath temperature control, a plurality of intermediate sampling port, and a temperature and humidity detection of nuclear district is located in the upper part of the mouth; growth zone including sampling a number of export growth zone. The particle number, concentration and particle size of each sampling port were detected by scanning electron mobility particle size spectrometer. The flow reaction device of the invention can be used to study the generation mechanism and the growth characteristics of new particles in the atmosphere, and further study the dynamics of aerosol nucleation, and has the advantages of high precision, good stability and easy operation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置
本專利技術(shù)涉及用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，屬于大氣環(huán)境氣溶膠研究領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著社會(huì)的發(fā)展，人類面臨著日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，灰霾就是其中之一。研究表明，中國(guó)區(qū)域性灰霾問題的最主要原因是PM2.5，而PM2.5主要來源于一次排放和新粒子形成兩種方式，其中新粒子生成對(duì)氣溶膠顆粒數(shù)濃度、間接輻射效應(yīng)以及云凝結(jié)核有著潛在的重要貢獻(xiàn)。這些新生的二次粒子來源于大氣中低揮發(fā)性的氣相物種，氣態(tài)污染物氧化生成的過飽和氣態(tài)前體物(例如硫酸和低揮發(fā)性有機(jī)物等)在大氣中冷凝為分子團(tuán)簇，氣體分子在適當(dāng)?shù)臈l件下首先凝聚成核形成分子團(tuán)簇，然后逐漸生長(zhǎng)為納米顆粒，繼而通過冷凝碰并形成顆粒物，隨后，新生成的顆粒物可以繼續(xù)增長(zhǎng)至云凝結(jié)核大小，繼而通過云物理和降水過程影響地球輻射平衡和全球氣候變化。新粒子成核與生長(zhǎng)是一個(gè)全球現(xiàn)象，近年來，在世界各地，基于地表、輪船、飛機(jī)等各種平臺(tái)上的觀察研究都發(fā)現(xiàn)了新粒子的形成現(xiàn)象，區(qū)域性的事件在陸地邊界層頻繁地發(fā)生，范圍可達(dá)數(shù)百公里。針對(duì)新粒子生成機(jī)制的研究很早就已經(jīng)開始，至今提出的成核機(jī)制包括：二元均相成核，三元均相成核，離子誘導(dǎo)成核以及碘參與成核等。但是這些成核理論都有各自的適用范圍，還沒有一種理論能夠代表全球情況。此外，針對(duì)我們國(guó)家特有的污染模式，是否有區(qū)別于歐美國(guó)家的成核機(jī)理還未知。目前的研究已經(jīng)證明水和硫酸是參與成核的關(guān)鍵物質(zhì)，但由于揮發(fā)性有機(jī)物在大氣中的濃度很高，其氧化產(chǎn)物的揮發(fā)性較低，也被認(rèn)為可能參與到新粒子生成過程，包括有機(jī)酸、有機(jī)胺在內(nèi)的多種有機(jī)物都被外場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究證明在新粒子生成過程中具有重要的作用。低揮發(fā)性有機(jī)物在大氣中種類繁多，大氣中氧化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜多變。目前還不能確定究竟是哪一種或哪一類型的有機(jī)物參與到成核過程當(dāng)中。目前國(guó)際上普遍認(rèn)為有機(jī)物對(duì)新生成顆粒物的增長(zhǎng)具有非常重要的作用，但是其究竟是否參與成核過程，并在當(dāng)中起什么作用仍有待于進(jìn)一步研究。目前針對(duì)大氣氣溶膠科學(xué)問題，實(shí)驗(yàn)室里主要采用靜態(tài)的煙霧箱以及動(dòng)態(tài)的流動(dòng)管兩種方式來進(jìn)行模擬，靜態(tài)的煙霧箱主要用于光化學(xué)反應(yīng)與二次有機(jī)氣溶膠形成機(jī)制的研究，在可控且能重復(fù)的條件下模擬大氣中的化學(xué)過程，提煉出大氣化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，獲得反應(yīng)的機(jī)制機(jī)理。動(dòng)態(tài)的流動(dòng)管模擬主要用于新粒子的形成研究，但是目前已知的流動(dòng)管研究普遍存在反應(yīng)時(shí)間過短的問題，只適用于初始狀態(tài)的新粒子的形成研究，對(duì)于后續(xù)的生長(zhǎng)問題的研究還具有一定的局限性，不能在現(xiàn)有條件下探究適用于我國(guó)的成核模式，也就不能進(jìn)一步對(duì)氣溶膠動(dòng)力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，該裝置針對(duì)上述存在的問題，從粒子反應(yīng)時(shí)間角度出發(fā)，延長(zhǎng)流動(dòng)管裝置的長(zhǎng)度，將反應(yīng)時(shí)間提高到分鐘量級(jí)；此外，本專利技術(shù)的流動(dòng)反應(yīng)裝置方便通入不同的氣態(tài)前體物，從而不僅可以有效的研究不同氣態(tài)前體物形成氣溶膠新粒子的過程，還可以進(jìn)一步研究新粒子的后續(xù)生長(zhǎng)過程，為氣溶膠動(dòng)力學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，包括依次連通的進(jìn)樣區(qū)(一)、過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和生長(zhǎng)區(qū)(四)；所述進(jìn)樣區(qū)(一)開設(shè)有進(jìn)樣口；所述過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和/或生長(zhǎng)區(qū)(四)開設(shè)有采樣口；所述進(jìn)樣區(qū)(一)和/或所述成核區(qū)(三)設(shè)置有溫控機(jī)構(gòu)，使所述成核區(qū)(三)的溫度低于所述進(jìn)樣區(qū)(一)。優(yōu)選的，所述進(jìn)樣口包括物料進(jìn)樣口和載氣進(jìn)樣口。優(yōu)選的，所述溫控機(jī)構(gòu)采用水浴加熱，沿反應(yīng)物流動(dòng)方向依次開設(shè)有水浴進(jìn)口和水浴出口。優(yōu)選的，所述進(jìn)樣區(qū)(一)和所述成核區(qū)(三)均設(shè)置有溫控機(jī)構(gòu)；所述進(jìn)樣區(qū)(一)的溫度維持在40-45度之間；所述成核區(qū)(三)的溫度維持在25-27度之間。優(yōu)選的，所述過渡區(qū)(二)開設(shè)有低揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)樣口，其入口伸入所述過渡區(qū)(二)中，所述入口的內(nèi)徑小于所述進(jìn)樣口的內(nèi)徑。優(yōu)選的，所述過渡區(qū)(二)開設(shè)有初級(jí)采樣口，所述成核區(qū)(三)開設(shè)有中級(jí)采樣口，所述生長(zhǎng)區(qū)(四)開設(shè)有生長(zhǎng)區(qū)采樣口。優(yōu)選的，所述中級(jí)采樣口和/或所述生長(zhǎng)區(qū)采樣口的數(shù)量為多個(gè)，沿反應(yīng)物流動(dòng)方向布設(shè)在不同位置。優(yōu)選的，所述進(jìn)樣區(qū)(一)、所述過渡區(qū)(二)和所述成核區(qū)(三)共用同一根流動(dòng)管。優(yōu)選的所述生長(zhǎng)區(qū)(四)為多層的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且相鄰兩層之間連通形成螺旋結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述生長(zhǎng)區(qū)(四)由不銹鋼反應(yīng)管通過卡箍與波紋管相連搭建而成。從上述的技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)提供的用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、通過進(jìn)樣區(qū)、過渡區(qū)、成核區(qū)和生長(zhǎng)區(qū)這四個(gè)連續(xù)部分的組合結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了流動(dòng)管裝置的長(zhǎng)度，將新粒子反應(yīng)時(shí)間提高到分鐘量級(jí)；2、本專利技術(shù)采用的流動(dòng)反應(yīng)裝置將新粒子的形成及新粒子的生長(zhǎng)兩部分有機(jī)結(jié)合起來，研究的范圍更寬，得到的信息更全面；3、利用本專利技術(shù)的裝置，能夠與多種粒子分析儀器及質(zhì)譜儀進(jìn)行配合使用，為研究氣溶膠成核的動(dòng)力學(xué)機(jī)理提供便利。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的流動(dòng)反應(yīng)裝置的進(jìn)樣區(qū)、過渡區(qū)及成核區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的流動(dòng)反應(yīng)裝置的生長(zhǎng)區(qū)俯視圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的流動(dòng)反應(yīng)裝置的生長(zhǎng)區(qū)側(cè)視圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例中粒子的粒徑與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖。圖中各標(biāo)記如下：一.進(jìn)樣區(qū)、二.過渡區(qū)、三.成核區(qū)、四.生長(zhǎng)區(qū)、1進(jìn)樣口、2水浴進(jìn)口、3水浴出口、4溫濕度檢測(cè)口、5低揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)樣口、6初級(jí)采樣口、7中級(jí)采樣口、8.后級(jí)采樣口、9鋁型材架子、10波紋管、11卡箍、12生長(zhǎng)區(qū)采樣口、13固定支架、14不銹鋼反應(yīng)管、15滑輪。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)公開了用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，從粒子反應(yīng)時(shí)間角度出發(fā)，延長(zhǎng)流動(dòng)管裝置的長(zhǎng)度，將反應(yīng)時(shí)間提高到分鐘量級(jí)；此外，本專利技術(shù)的流動(dòng)反應(yīng)裝置方便通入不同的氣態(tài)前體物，從而不僅可以有效的研究不同氣態(tài)前體物形成氣溶膠新粒子的過程，還可以進(jìn)一步研究新粒子的后續(xù)生長(zhǎng)過程，為氣溶膠動(dòng)力學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)。下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。本專利技術(shù)實(shí)施例提供的用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其核心改進(jìn)點(diǎn)在于，包括依次連通的進(jìn)樣區(qū)(一)、過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和生長(zhǎng)區(qū)(四)，其結(jié)構(gòu)可以參照?qǐng)D1、圖2和圖3所示；其中，進(jìn)樣區(qū)(一)開設(shè)有進(jìn)樣口1，可針對(duì)不同研究體系通入不同物質(zhì)；過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和/或生長(zhǎng)區(qū)(四)開設(shè)有采樣口；顆粒物數(shù)濃度譜分布特征是辨識(shí)新粒子生成事件是否發(fā)生的最基本的參數(shù)，掃描電遷移率粒徑譜儀用導(dǎo)管連接各個(gè)采樣口，可實(shí)時(shí)觀察不同位置所形成的粒子的尺寸及粒子數(shù)濃度的變化，結(jié)合反應(yīng)時(shí)間，可以判斷氣溶膠的成核速率及本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，包括依次連通的進(jìn)樣區(qū)(一)、過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和生長(zhǎng)區(qū)(四)；所述進(jìn)樣區(qū)(一)開設(shè)有進(jìn)樣口(1)；所述過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和/或生長(zhǎng)區(qū)(四)開設(shè)有采樣口；所述進(jìn)樣區(qū)(一)和/或所述成核區(qū)(三)設(shè)置有溫控機(jī)構(gòu)，使所述成核區(qū)(三)的溫度低于所述進(jìn)樣區(qū)(一)。

【技術(shù)特征摘要】
1.用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長(zhǎng)的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，包括依次連通的進(jìn)樣區(qū)(一)、過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和生長(zhǎng)區(qū)(四)；所述進(jìn)樣區(qū)(一)開設(shè)有進(jìn)樣口(1)；所述過渡區(qū)(二)、成核區(qū)(三)和/或生長(zhǎng)區(qū)(四)開設(shè)有采樣口；所述進(jìn)樣區(qū)(一)和/或所述成核區(qū)(三)設(shè)置有溫控機(jī)構(gòu)，使所述成核區(qū)(三)的溫度低于所述進(jìn)樣區(qū)(一)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣口(1)包括物料進(jìn)樣口和載氣進(jìn)樣口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述溫控機(jī)構(gòu)采用水浴加熱，沿反應(yīng)物流動(dòng)方向依次開設(shè)有水浴進(jìn)口(2)和水浴出口(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣區(qū)(一)和所述成核區(qū)(三)均設(shè)置有溫控機(jī)構(gòu)；所述進(jìn)樣區(qū)(一)的溫度維持在40-45度之間；所述成核區(qū)(三)的溫度維持在25-27度之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述過渡區(qū)(二)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃偉，文輝，黃騰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：安徽,34