气溶胶与学习.pptx

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1、气溶胶与PM2.5目录1.相关概念2.气溶胶的形成与类型3.气溶胶的性质4.气溶胶的危害与应用第1页/共35页相关概念简介1第2页/共35页什么是气溶胶？气溶胶：是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系其分散质点大小为10-3102m。什么是PM2.5?PM2.5：粒径2.5m的细颗粒物，通常用质量浓度表示其中粒径最大的差不多是头发丝的二十分之一。概念形成与类型性质危害与应用被悬浮的的微粒物称为分散相；承载微粒物的气体称为分散介质。气溶胶的分散介质一般都是指空气。雾、烟、霾、轻雾（霭）、微尘和烟雾等都是天然的或人为的原因形成的大气气溶胶。第3页/共35页第4页/共35页概念

2、形成与类型性质危害与应用气溶胶的表示方法根据研究角度和目的的不同，可以用不同的方法加以表征。不过，从气溶胶的整体角度看，其“浓度”特征和“粒度”特征是人们最关心的。气溶胶的浓度：是指单位空气体积中气溶胶中分散相的某一物理量的量值的大小。物理量：粒子数、质量、放射性活度、化学成分等气 溶胶分散相的粒度分布：是指气溶胶粒子的某一物理量相对于粒子大小的分布关系。如：粒数-粒度分布，质量-粒度分布，活度-粒度分布第5页/共35页绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用v将粒径100m的颗粒物称为总悬浮颗粒物(TSP)将粒径10m的颗粒物称为可吸人颗粒物(PM10)，将粒径1m的颗粒物称为 PM1，而

3、这些称谓对应的气溶胶的粒径的下限，与监测和采样方式有关，即与仪器的测量原理有关。第6页/共35页2形成与类型第7页/共35页粉尘（dust）绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用粉尘是最为通常的一种气溶胶。粉尘是悬浮于空气中的固体微粒，通常由粉碎、碾磨、爆破等各种机械作用形成。粉尘是固体微粒，引起形成机制的原因，一般来说粒径都较大，约在1100m的范围。因其粒径较大，在静态空气条件下，一般不会再悬浮，在空气中停留时间不长，通常不会发生扩散运动。主要存在于各种作业场所中，例如煤矿中的煤尘、岩尘，核工业某些工作场所放射性粉尘，都是粉尘存在的典型例子。第8页/共35页烟（smoke）绪论问题的提

4、出概念形成及类型性质危害及应用烟是有机性的可燃物质。例如煤、石油、木材等燃烧而形成的固体粒子云，粒径一般较小，约在1m以下。因其粒径小，在空气中沉降很慢或基本不沉降，故而在空气中停留时间长。离子浓度高，若与空气中的蒸气分子凝结，形成“炊烟缭绕”的景观。有机物燃烧的残留物中的细微颗粒形成的气溶胶，通常称为飞灰（flyash），粒径在10m以下。其与烟一起弥散在大气中，难加以区分，统称为烟，这种烟粒径范围一般在0.110m，是城市的主要污染来源。第9页/共35页烟尘（fume）绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用非有机物的固体或液体物质在燃烧过程中，特别是在金属冶炼、焊接以及液体的升华、溶解

5、等过程中所形成的的固体气溶胶，常常称为烟尘。实际也是一种烟，只是母体物质不同而已。粒径与烟大致相同，在都市地区尤为突出。第10页/共35页雾（fog）绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用由液体（主要指水）喷射、蒸发、雾化、蒸汽冷凝等过程而形成的高浓度的液体气溶胶称为雾。雾是一种液滴，其形状为球形，粒径在150m以下。这种雾的形成使空气的能见度大幅度降低。低浓度的、其水平能见度大于1000m的雾，称为薄雾（mist）,也就是所谓的“霭”。空气中因悬浮大量的烟、尘等微粒而形成的浑浊现象称为“霾”（haze）。第11页/共35页烟雾（smog）绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用烟雾是烟

6、（包括烟尘）与雾的混合体，是液体气溶胶与固体气溶胶的混合物（“霾”）烟和雾。这种由烟和雾混合而成的大气悬浮微粒物是大气污染的主要来源。第12页/共35页PM2.5与灰霾、雾的关系绪论问题的提出概念形成及类型性质危害及应用PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响大。灰霾天气就是“细粒子气溶胶粒子在高湿度条件下引发的低能见度事件”。我们知道，能见度与大气粒子和气体分子的散射、吸收能力有关，但主要与大气粒子的散射能力关系最密切。如果我们简单地将细粒子按照瑞利散射来处理，那么散射光强主要与入射光波长的4次方成反比，与粒子体积的平

7、方成正比，而粒子体积与粒子的尺度和浓度有直接关系。如果入射光波长确定，忽略化学成分和气体的作用，影响散射光强的因子就是粒子的尺度和浓度了。第13页/共35页第14页/共35页第15页/共35页3性质第16页/共35页绪论问题的提出动力学电学光学气溶胶的性质概念形成及类型性质危害及应用性质第17页/共35页气溶胶的动力学特性绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶的动力学特性主要包括：气溶胶粒子的沉降、扩散、凝并等。l 气溶胶粒子的沉降运动：气溶胶离子在空气中不受其他外力作用时，它只受到自身的重力作用而下降。在下落时，将受到由于气体的黏 滞特性造成的黏滞力的作用，重力和黏滞力这两种力

8、作用的结果，使气溶胶粒子在空气中处于一种很特殊的匀速直线沉降运动的状态。气溶胶粒子只受黏滞力作用的运动称为黏滞运动或斯托克斯运动。l 气溶胶的粒子的黏滞运动属于低雷诺数范围 的运动，在低雷诺数的空气流动时，遵从斯 托克斯定律。f为黏滞阻力，为黏滞系数，r为半径，v为速度第18页/共35页气溶胶的动力学特性绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶的动力学特性主要包括：气溶胶粒子的沉降、扩散、凝并等。l 气溶胶的扩散：由于分子的热运动，气溶胶粒子受到气体分子的随机碰 撞而每时每刻都在作随机的迁移运动，这种运动现象称为布朗扩散运动。扩散运动是气溶胶颗粒在其浓度梯度场中由浓度高的区域向浓度

9、低的区 域发生的净的输送作用。扩散作用主要发生在粒径d1m的粒子中。l 气溶胶粒子因扩散而发生的这种位置转移的规律可用Fick第一定律描述。l 由于扩散运动，任何一点的粒子浓度还随时间变化，粒子随时间发生的这种转移规律用Fick第二定律描述。第19页/共35页气溶胶的破坏绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 由于布朗运动，使气溶胶可有两种途径被自然移除一种是通过彼此发生碰撞而凝并，形成足够大的颗粒发生重力沉降；另一种是向各种表面迁移而黏附在物体表面而被移除。第20页/共35页气溶胶的动力学特性绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶的动力学特性主要包括：气溶胶粒子的沉降、扩

10、散、凝并等。l 气溶胶的凝并：由不同大小的粒子相互聚结在一起形成团状或链状等形状的更大粒子。l 凝并的原因有二：纯粹由粒子的随机运动进而相互碰撞引起的（通常称为热力凝并）。由湍流运动或带电效应等外力作用引起的，这类外力作用通常是加速凝并的形成。第21页/共35页气溶胶的电学性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶粒子要受到电场的作用力需具备：粒子本身要有一定电 荷量粒子要处于一定电场强度的电场中l 气溶胶中离子环境不同于液溶胶，没有扩散双电层，也没有稳定 剂，但它也可带电。l 气溶胶带电机理：直接电离：直接电离成为带电粒子的原理多，不是十分清楚，可 忽略。静电带电 与离子（束）

11、的碰撞：吸附上离子而导电，这是气溶胶带电的主 要原因。第22页/共35页气溶胶的电学性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 静电带电原因有多种：电离带电：具有高介电常数的液体与金属表面或其它固体表面接触 而发生离子交换。接触带电：一种清洁而干燥的金属粒子表面在另一种金属粒子表面 接触时将电子转移到另一种金属粒子表面上。喷雾起电：具有高介电常数的液体表面浓缩了较高的电子或负离子，这种表面受到高速雾化而破裂时，将要把过多的电子或负离子转移 给雾化液滴，这些液滴经蒸发或生长形成带电气溶胶。摩擦起电：不同物质或同种物质的粒子表面之间的接触摩擦，或粒子与 界面之间的接触摩擦都会使粒子带电。这种

12、带电机制受空气湿度影响大。燃烧带电：各种燃烧现象引起的粉尘粒子都是带电的，特别是碳、氢、氧燃烧产生的电离子有可能高达1091012（离子）/cm3。且粒子越 小越易带电。第23页/共35页气溶胶的光学性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶的光学性质：散射和 吸收。散射和吸收的共同作 用称为消光作用。l 气溶胶的光学特性是气溶胶 的各物理特性中最特殊最重 要的物理特性。云彩、朝霞、烟雾是由于气溶胶粒子的光 学作用的表现。第24页/共35页气溶胶的光学性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 气溶胶的消光特性：一束入射光通过某一气溶胶层（简称为介质 层），由于受到粒子的散

13、射和吸收，使得通过气溶胶层以后在 原光路上的出射光受到衰减。l 研究消光特性时，从入射光和反射光为同轴光角度（即从原光路）出发。l 光通量F因吸收而引起的减弱遵从指数规律，即：l 光通量F因散射而引起的减弱遵从指数规律，即：l 式中，F0为通过介质层前的光强度，L为介质层的厚度，a和b分 别为介质层的吸收系数和散射系数。第25页/共35页气溶胶的光学性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 光通量F因散射和吸收而引起的减弱，即：l 该式称为包格尔公式，式中=(a+b)称为衰减系数（或浊度）。光通量F因散射和吸收而引起的减弱。l 可用来测定气溶胶中粒子的浓度第26页/共35页气溶胶的光学

14、性质绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用l 角散射特性光：研究光照射到粒子上后散射到各个角度生的散 射光。入射光气溶胶粒子散射光I1()I2()气溶胶粒子对光的散射：散射角，当=0 时为消光I1()：垂直偏振光 分量I2()：平行偏振光 分量可以利用光的散射特性来测定粒子大小第27页/共35页4危害和利用绪论问题的提出以PM2.5为例危害与利用概念形成及类型性质第28页/共35页危害工厂产生的烟雾、矿井中的粉尘，,酸雨（SO2、NOx）光化学烟雾1.2.3.绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用第29页/共35页危害绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用WHO认为PM2.510g

15、/m3是安全值；PM2.580g/m3是重度污染区。黄淮海地区、长江河谷、四川盆地、珠三角地区第30页/共35页危害绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用以中国为例，2012年入冬以来，全国17个省市有1020天不同程度的雾霾天气，较往年各省市雾霾天气都呈增长趋势。第31页/共35页危害绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用第32页/共35页利用加快燃烧速度和充分利用燃料。气雾剂，应用于杀虫剂、空气清新剂、清洁剂、灭火。人工降雨，改善旱情。1.2.3.国防上，制造信号弹和遮蔽烟雾。4.绪论问题的提出概念形成及类型性质危害与利用第33页/共35页第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页