大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于环境分析和大气采集技术领域，尤其涉及一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法。装置包括设有进气口和出气口的气溶胶流动管反应器、包括颗粒物过滤气路、颗粒物直通气路和多通阀的采样管路装置、用于测量气溶胶流动管反应器内停留时间的惰性气体的脉冲反应停留时间测定装置、用于获得固定浓度的活性气体通入气溶胶流动管反应器的活性气体配备装置、用于测量经出气口排出的气体和颗粒物的浓度的气体及颗粒物测量装置和电性连接并控制采样管路装置、脉冲反应停留时间测定装置、活性气体配备装置和气体及颗粒物测量装置的控制装置。本发明专利技术可以测量实际大气中不同活性气态污染物在实际大气颗粒物上的非均相反应活性。

Measurement device and method for heterogeneous reactivity of gaseous pollutants in atmospheric environment

The invention belongs to the field of environmental analysis and atmospheric acquisition technology, in particular to a device and method for measuring the heterogeneous reactivity of gaseous pollutants in the atmospheric environment. The device includes an aerosol flow tube reactor with an air inlet and an air outlet, a sampling pipeline device including a particulate filter gas path, a particulate direct ventilation path and a multi-way valve, a pulse reaction residence time measuring device for inert gases used to measure residence time in an aerosol flow tube reactor, and a device for obtaining a fixed concentration. Activated gas equipment for the flow-tube reactor of active gas into aerosol, gas and particulate matter measuring device for measuring the concentration of gas and particulate matter discharged through the outlet and electrical connection and control of sampling pipeline device, pulse reaction residence time measuring device, active gas equipment device and gas and particulate matter Control device of measuring device. The invention can measure the heterogeneous reactivity of different active gaseous pollutants in the actual atmosphere on the actual atmospheric particulate matter.

【技术实现步骤摘要】
大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法
本专利技术属于环境分析和大气采集
，尤其涉及一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，城市化和工业化进程的加速，灰霾事件频发，大气环境及空气质量面临着前所未有的压力。大气雾霾污染频繁的发生，严重影响了人们的日常生活和身体健康。目前雾霾污染形成的主要原因来自于人为源污染物在大气中经过二次化学转化形成的细颗粒物。二次细颗粒物的生成过程非常复杂，既有气相氧化反应产物从气相向颗粒相凝聚，也有低挥发性产物的凝结导致的新粒子生成。最近研究发现，在重污染条件下大气颗粒物上的多相/非均反应对气体污染物的转化和二次颗粒物的生成都有重要的作用。然而由于大气非均相反应非常复杂，目前对这一类反应及其在灰霾形成中的作用机制了解非常有限。因此，亟需进一步开展更多的针对性实验和系统研究，从而为大气污染治理和空气质量改善提供科学支撑。早期对于活性气态污染物的非均相反应研究大都在实验室内开展，在反应器或烟雾箱中利用单一成分或者简单混合颗粒物进行模拟实验，以便于控制实验条件和反应物及产物的测量。最近研究发现利用实验室内模拟研究测量获取的非均相摄取系数及相关产物产率与实际大气中观测结果有较大差异，无法解释实际大气中所观测到的现象，表明实际大气环境下颗粒物更为复杂，在实际大气颗粒物上的非均相反应与实验室简单模拟存在较大差异。而现有的空气质量模式缺乏合理反应真实大气环境的气相非均相反应摄取系数和产物产率的参数化方案，很大程度上制约了大气模式在空气质量预测和模拟的准确性，不利于大气污染的预防预测和进一步治理。因此对真实大气环境中大气颗粒物上的非均相反应过程进行直接测量和研究，就非常必要。然而现有技术中，还没有专门针对真实大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法，旨在解决现有技术中的无法针对真实大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，包括：气溶胶流动管反应器，所述气溶胶流动管反应器的两端分别开设有进气口和出气口；采样管路装置，包括颗粒物过滤气路和颗粒物直通气路，所述颗粒物过滤气路和所述颗粒物直通气路均通过多通阀与所述进气口连接并可控制切换；脉冲反应停留时间测定装置，与所述进气口连接并用于测量所述气溶胶流动管反应器内停留时间的惰性气体；活性气体配备装置，与所述进气口连接并用于获得固定浓度的活性气体通入所述气溶胶流动管反应器；气体及颗粒物测量装置，与所述出气口连接并用于测量经所述出气口排出的气体和颗粒物的浓度；控制装置，电性连接并控制所述采样管路装置、所述脉冲反应停留时间测定装置、所述活性气体配备装置和所述气体及颗粒物测量装置。优选地，所述采样管路装置还包括颗粒物干燥/加湿气路，所述颗粒物干燥/加湿气路通过所述多通阀与所述进气口连接并可控制切换。优选地，所述脉冲反应停留时间测定装置包括惰性气体供气源和电磁阀，所述惰性气体供气源通过惰性气体管路与所述进气口连接，所述电磁阀设于所述惰性气体管路上。优选地，所述活性气体配备装置包括用于控制不同气源流量的质量流量控制器和用于将不同气源反应合成的活性气体反应合成舱，所述质量流量控制器与所述活性气体反应合成舱连接，所述活性气体反应合成舱通过活性气体管路与所述进气口连接。优选地，所述气体及颗粒物测量装置包括气体测量仪、颗粒物测量仪以及连接于所述气体测量仪和所述颗粒物测量仪的抽气泵，所述气体测量仪和所述颗粒物测量仪均与所述出气口连接。优选地，所述气体测量仪为惰性气体测量仪或者活性气态污染物测量仪，所述颗粒物测量仪为大气颗粒物粒径分布和个数浓度测量仪或者颗粒物化学成分测量仪。优选地，所述出气口处还连接有温湿度计，所述温湿度计与所述抽气泵连接。优选地，所述气溶胶流动管反应器的内壁涂覆有用于防止静电产生和颗粒物吸附的防止静电吸附涂层，所述防止静电吸附涂层为特氟龙聚四氟乙烯涂层或者卤烃蜡涂层。优选地，所述气溶胶流动管反应器的外壁设有加热温控层，且所述加热温控层连接有温度控制仪。本专利技术采用的另一技术方案是：一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量方法，其利用上述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置进行如下操作步骤：S01：通过所述多通阀将所述采样管路装置的所述颗粒物过滤气路切换为连通所述进气口，以使过滤后不含大气颗粒物的环境空气进入所述气溶胶反应器内；S02：打开脉冲反应停留时间测定装置，精确控制惰性气体经过所述进气口进入所述气溶胶反应器内1s～5s后关闭，利用所述气体及颗粒物测量装置在所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处测的信号进行停留时间分布积分并计算获得平均反应停留时间Δt；S03：开启所述活性气体配备装置，将获得的固定浓度的活性气体通入所述气溶胶流动管反应器，利用所述气体及颗粒物测量装置测量并获得所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处活性气体的平均浓度C1；S04：通过所述多通阀将所述采样管路装置的所述颗粒物直通气路切换为连通所述进气口，使含大气颗粒物的环境空气经过进入所述气溶胶流动管反应器内，利用所述气体及颗粒物测量装置测量并获得所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处非均相反应后的活性气体的平均浓度C2；S05：通过对比在有无大气颗粒物条件下的活性气体反应后的浓度，利用公式k＝1/t×ln(C2/C1)获得活性气体在实际大气颗粒物上的反应性损失速率；S06：在外界大气环境污染较重条件下，利用迭代化学模式计算得到一个合适的反应器壁损失速率k1，使模式模拟所得活性气体反应后浓度与所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处测量的浓度C1一致；S07：在有大气颗粒物情况下，利用迭代化学模式计算获得包含大气颗粒物损失和反应器壁损失的总损失速率k2，使模式模拟所得活性气体反应后浓度与所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处测量浓度C2一致；S08：通过上述步骤S06和S07所得的k2和k1的差减获得污染条件下实际大气颗粒物上的反应性损失速率k＝k2-k1；S09：利用所述气体及颗粒物测量装置测量并获得的所述气溶胶流动管反应器的所述出气口处的大气颗粒物比表面积Sa，计算所得目标活性气体在实际大气颗粒物上的反应性摄取系数γ＝4×k/(c×Sa)；其中，c为常数，即目标活性气体的平均分子速度。本专利技术的有益效果：相比于现有技术实验室的简单模拟，本专利技术的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置和方法，可以直接利用不同地区和环境下的实际复杂大气颗粒物进行现场实验测量，弥补实验室条件下无法获得复杂大气颗粒物反应的不足；还可以用于不同活性气体的测量，可便捷更换活性气体配备和生成装置，实现同一装置多种功能。同时，本专利技术的装置携带和运输方便，操作简便，运行稳定性高，可广泛应用于大气污染形成和机制的科学研究，或者直接应用于现场野外观测，测量实际大气中不同活性气态污染物在实际大气颗粒物上的非均相反应活性；本专利技术的方法可以应用在较清洁和污染大气环境中，利用不同工作步骤实现不同环境下的准确测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：包括：气溶胶流动管反应器，所述气溶胶流动管反应器的两端分别开设有进气口和出气口；采样管路装置，包括颗粒物过滤气路和颗粒物直通气路，所述颗粒物过滤气路和所述颗粒物直通气路均通过多通阀与所述进气口连接并可控制切换；脉冲反应停留时间测定装置，与所述进气口连接并用于测量所述气溶胶流动管反应器内停留时间的惰性气体；活性气体配备装置，与所述进气口连接并用于获得固定浓度的活性气体通入所述气溶胶流动管反应器；气体及颗粒物测量装置，与所述出气口连接并用于测量经所述出气口排出的气体和颗粒物的浓度；控制装置，电性连接并控制所述采样管路装置、所述脉冲反应停留时间测定装置、所述活性气体配备装置和所述气体及颗粒物测量装置。

【技术特征摘要】
1.一种大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：包括：气溶胶流动管反应器，所述气溶胶流动管反应器的两端分别开设有进气口和出气口；采样管路装置，包括颗粒物过滤气路和颗粒物直通气路，所述颗粒物过滤气路和所述颗粒物直通气路均通过多通阀与所述进气口连接并可控制切换；脉冲反应停留时间测定装置，与所述进气口连接并用于测量所述气溶胶流动管反应器内停留时间的惰性气体；活性气体配备装置，与所述进气口连接并用于获得固定浓度的活性气体通入所述气溶胶流动管反应器；气体及颗粒物测量装置，与所述出气口连接并用于测量经所述出气口排出的气体和颗粒物的浓度；控制装置，电性连接并控制所述采样管路装置、所述脉冲反应停留时间测定装置、所述活性气体配备装置和所述气体及颗粒物测量装置。2.根据权利要求1所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述采样管路装置还包括颗粒物干燥/加湿气路，所述颗粒物干燥/加湿气路通过所述多通阀与所述进气口连接并可控制切换。3.根据权利要求1所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述脉冲反应停留时间测定装置包括惰性气体供气源和电磁阀，所述惰性气体供气源通过惰性气体管路与所述进气口连接，所述电磁阀设于所述惰性气体管路上。4.根据权利要求1所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述活性气体配备装置包括用于控制不同气源流量的质量流量控制器和用于将不同气源反应合成的活性气体反应合成舱，所述质量流量控制器与所述活性气体反应合成舱连接，所述活性气体反应合成舱通过活性气体管路与所述进气口连接。5.根据权利要求1所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述气体及颗粒物测量装置包括气体测量仪、颗粒物测量仪以及连接于所述气体测量仪和所述颗粒物测量仪的抽气泵，所述气体测量仪和所述颗粒物测量仪均与所述出气口连接。6.根据权利要求5所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述气体测量仪为惰性气体测量仪或者活性气态污染物测量仪，所述颗粒物测量仪为大气颗粒物粒径分布和个数浓度测量仪或者颗粒物化学成分测量仪。7.根据权利要求5所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述出气口处还连接有温湿度计，所述温湿度计与所述抽气泵连接。8.根据权利要求1～7任一项所述的大气环境中气态污染物的非均相反应活性测量装置，其特征在于：所述气溶胶流动管反应器的内壁涂覆有用于防止静电产...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，汪维昊，于川，潘振南，王韬，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44