用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置。所述流动反应装置长约22米，包括：进样区(一)，过渡区(二)，成核区(三)及生长区(四)四个部分；所述进样区包括三个进样口及一组水浴加热进出水口；所述过渡区包括一个温湿度检测口，一个低挥发性物质进样口和一个初级采样口；所述成核区包括一组水浴控温的进出水口，多个中级采样口，以及一个位于成核区上部的温湿度检测口；所述生长区包括多个生长区采样口。各个采样口的粒子数浓度及粒径变化通过扫描电迁移率粒径谱仪来进行检测。本发明专利技术的流动反应装置可用来研究大气中新粒子的生成机制和增长特性，进而研究气溶胶成核的动力学，具有精密度高、稳定性好、操作简便等特点。

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.

【技术实现步骤摘要】
用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置
本专利技术涉及用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，属于大气环境气溶胶研究领域。
技术介绍
随着社会的发展，人类面临着日益严峻的环境问题，灰霾就是其中之一。研究表明，中国区域性灰霾问题的最主要原因是PM2.5，而PM2.5主要来源于一次排放和新粒子形成两种方式，其中新粒子生成对气溶胶颗粒数浓度、间接辐射效应以及云凝结核有着潜在的重要贡献。这些新生的二次粒子来源于大气中低挥发性的气相物种，气态污染物氧化生成的过饱和气态前体物(例如硫酸和低挥发性有机物等)在大气中冷凝为分子团簇，气体分子在适当的条件下首先凝聚成核形成分子团簇，然后逐渐生长为纳米颗粒，继而通过冷凝碰并形成颗粒物，随后，新生成的颗粒物可以继续增长至云凝结核大小，继而通过云物理和降水过程影响地球辐射平衡和全球气候变化。新粒子成核与生长是一个全球现象，近年来，在世界各地，基于地表、轮船、飞机等各种平台上的观察研究都发现了新粒子的形成现象，区域性的事件在陆地边界层频繁地发生，范围可达数百公里。针对新粒子生成机制的研究很早就已经开始，至今提出的成核机制包括：二元均相成核，三元均相成核，离子诱导成核以及碘参与成核等。但是这些成核理论都有各自的适用范围，还没有一种理论能够代表全球情况。此外，针对我们国家特有的污染模式，是否有区别于欧美国家的成核机理还未知。目前的研究已经证明水和硫酸是参与成核的关键物质，但由于挥发性有机物在大气中的浓度很高，其氧化产物的挥发性较低，也被认为可能参与到新粒子生成过程，包括有机酸、有机胺在内的多种有机物都被外场观测和实验室研究证明在新粒子生成过程中具有重要的作用。低挥发性有机物在大气中种类繁多，大气中氧化产物的结构更加复杂多变。目前还不能确定究竟是哪一种或哪一类型的有机物参与到成核过程当中。目前国际上普遍认为有机物对新生成颗粒物的增长具有非常重要的作用，但是其究竟是否参与成核过程，并在当中起什么作用仍有待于进一步研究。目前针对大气气溶胶科学问题，实验室里主要采用静态的烟雾箱以及动态的流动管两种方式来进行模拟，静态的烟雾箱主要用于光化学反应与二次有机气溶胶形成机制的研究，在可控且能重复的条件下模拟大气中的化学过程，提炼出大气化学反应的本质，获得反应的机制机理。动态的流动管模拟主要用于新粒子的形成研究，但是目前已知的流动管研究普遍存在反应时间过短的问题，只适用于初始状态的新粒子的形成研究，对于后续的生长问题的研究还具有一定的局限性，不能在现有条件下探究适用于我国的成核模式，也就不能进一步对气溶胶动力学进行系统研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，该装置针对上述存在的问题，从粒子反应时间角度出发，延长流动管装置的长度，将反应时间提高到分钟量级；此外，本专利技术的流动反应装置方便通入不同的气态前体物，从而不仅可以有效的研究不同气态前体物形成气溶胶新粒子的过程，还可以进一步研究新粒子的后续生长过程，为气溶胶动力学的研究奠定基础。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，其特征在于，包括依次连通的进样区(一)、过渡区(二)、成核区(三)和生长区(四)；所述进样区(一)开设有进样口；所述过渡区(二)、成核区(三)和/或生长区(四)开设有采样口；所述进样区(一)和/或所述成核区(三)设置有温控机构，使所述成核区(三)的温度低于所述进样区(一)。优选的，所述进样口包括物料进样口和载气进样口。优选的，所述温控机构采用水浴加热，沿反应物流动方向依次开设有水浴进口和水浴出口。优选的，所述进样区(一)和所述成核区(三)均设置有温控机构；所述进样区(一)的温度维持在40-45度之间；所述成核区(三)的温度维持在25-27度之间。优选的，所述过渡区(二)开设有低挥发性物质进样口，其入口伸入所述过渡区(二)中，所述入口的内径小于所述进样口的内径。优选的，所述过渡区(二)开设有初级采样口，所述成核区(三)开设有中级采样口，所述生长区(四)开设有生长区采样口。优选的，所述中级采样口和/或所述生长区采样口的数量为多个，沿反应物流动方向布设在不同位置。优选的，所述进样区(一)、所述过渡区(二)和所述成核区(三)共用同一根流动管。优选的所述生长区(四)为多层的环状结构，且相邻两层之间连通形成螺旋结构。优选的，所述生长区(四)由不锈钢反应管通过卡箍与波纹管相连搭建而成。从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，具有以下优点：1、通过进样区、过渡区、成核区和生长区这四个连续部分的组合结构，延长了流动管装置的长度，将新粒子反应时间提高到分钟量级；2、本专利技术采用的流动反应装置将新粒子的形成及新粒子的生长两部分有机结合起来，研究的范围更宽，得到的信息更全面；3、利用本专利技术的装置，能够与多种粒子分析仪器及质谱仪进行配合使用，为研究气溶胶成核的动力学机理提供便利。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的流动反应装置的进样区、过渡区及成核区结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的流动反应装置的生长区俯视图；图3为本专利技术实施例提供的流动反应装置的生长区侧视图；图4为本专利技术实施例中粒子的粒径与反应时间的关系图。图中各标记如下：一.进样区、二.过渡区、三.成核区、四.生长区、1进样口、2水浴进口、3水浴出口、4温湿度检测口、5低挥发性物质进样口、6初级采样口、7中级采样口、8.后级采样口、9铝型材架子、10波纹管、11卡箍、12生长区采样口、13固定支架、14不锈钢反应管、15滑轮。具体实施方式本专利技术公开了用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，从粒子反应时间角度出发，延长流动管装置的长度，将反应时间提高到分钟量级；此外，本专利技术的流动反应装置方便通入不同的气态前体物，从而不仅可以有效的研究不同气态前体物形成气溶胶新粒子的过程，还可以进一步研究新粒子的后续生长过程，为气溶胶动力学的研究奠定基础。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供的用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，其核心改进点在于，包括依次连通的进样区(一)、过渡区(二)、成核区(三)和生长区(四)，其结构可以参照图1、图2和图3所示；其中，进样区(一)开设有进样口1，可针对不同研究体系通入不同物质；过渡区(二)、成核区(三)和/或生长区(四)开设有采样口；颗粒物数浓度谱分布特征是辨识新粒子生成事件是否发生的最基本的参数，扫描电迁移率粒径谱仪用导管连接各个采样口，可实时观察不同位置所形成的粒子的尺寸及粒子数浓度的变化，结合反应时间，可以判断气溶胶的成核速率及本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，其特征在于，包括依次连通的进样区(一)、过渡区(二)、成核区(三)和生长区(四)；所述进样区(一)开设有进样口(1)；所述过渡区(二)、成核区(三)和/或生长区(四)开设有采样口；所述进样区(一)和/或所述成核区(三)设置有温控机构，使所述成核区(三)的温度低于所述进样区(一)。

【技术特征摘要】
1.用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置，其特征在于，包括依次连通的进样区(一)、过渡区(二)、成核区(三)和生长区(四)；所述进样区(一)开设有进样口(1)；所述过渡区(二)、成核区(三)和/或生长区(四)开设有采样口；所述进样区(一)和/或所述成核区(三)设置有温控机构，使所述成核区(三)的温度低于所述进样区(一)。2.根据权利要求1所述的流动反应装置，其特征在于，所述进样口(1)包括物料进样口和载气进样口。3.根据权利要求1所述的流动反应装置，其特征在于，所述温控机构采用水浴加热，沿反应物流动方向依次开设有水浴进口(2)和水浴出口(3)。4.根据权利要求1所述的流动反应装置，其特征在于，所述进样区(一)和所述成核区(三)均设置有温控机构；所述进样区(一)的温度维持在40-45度之间；所述成核区(三)的温度维持在25-27度之间。5.根据权利要求1所述的流动反应装置，其特征在于，所述过渡区(二)...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，文辉，黄腾，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34