一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器，其特征在于：该反应器包括长径比为50

【技术实现步骤摘要】
一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器


[0001]本专利技术属于大气化学实验研究领域，具体涉及一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器。

技术介绍

[0002]灰霾问题是近年来我国面临的严重环境问题。灰霾本身是一种气溶胶，其中PM2.5，即分散于空气中的直径小于或等于2.5微米的液体或固体气溶胶颗粒，目前已经成为大气环境的主要污染物。大气气溶胶颗粒对地球大气循环系统有重要的影响，包括空气质量，天气，全球气候，生态系统以及公共健康。其中，气溶胶通过直接辐射作用和气溶胶
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云相互作用即间接辐射强迫作用影响气候，政府间气候变化专门委员会报告指出，间接辐射强迫依然是评估气候变化方面最大的不确定性因子。气溶胶主要来源有一次粒子和二次粒子，大气中3
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7nm(或者10nm等)颗粒物的数浓度随着时间变化急剧增加，这一个过程被称为“新粒子生成(New Particle Formation,NPF)”。全球有超过一半的云凝结核来自于新粒子生成。大气新粒子生成过程通常包括两个关键阶段：首先，低挥发性气体分子，比如硫酸，克服能量势垒形成临界分子团簇的成核过程，临界核是团簇尺寸阈值对应的的临界团簇，在该阈值以上的团簇将更可能增长而不是蒸发。紧接着是是临界分子团簇自发增长成为纳米尺寸颗粒物的增长过程。分子水平的成核过程，通常通过氢键作用形成可能含有单一或多个物种的稳定分子团簇(小于3nm)，是理解新粒子生成机理的关键。获得成核机制，即何种气态物质可以参与成核、具体化学途径如何，关键要素就是获得成核前体物、中间物、产物的组分和结构、成核条件和成核速率，实验室模拟、外场观测、理论计算就是将这些要素连在一起的手段。
[0003]气溶胶成核过程是目前环境科学家和化学家们的研究热点，但由于气溶胶凝结核的颗粒很小，难以捕捉，因此对于气溶胶的成核机制研究仍然存在很多争议和空白。二次气溶胶形成的研究传统上使用烟雾箱实验装置，通过控制氧化剂、VOCs等浓度于环境条件一致，随着时间推移，检测不同气相和颗粒相成分和浓度变化。烟雾箱实验适用于反应相对缓慢的系统。比如，蒎烯类等BVOC光氧化过程、生物质燃烧和光氧化产物等。烟雾箱实验往往存在一些限制，一般烟雾箱壁损失较严重，实验对痕量气体化学的研究往往在远大于真实大气浓度的条件下进行，这严重局限了反应结果应用于化学机制推断。而湍流流动管可以忽略反应气体的壁损失，非常适用于动力学研究。工欲善其事必先利其器，专利技术和搭建出反应时间可控的、秒量级内的湍流流动管反应器是气溶胶成核实验研究的基础和重要一步。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，深入研究气溶胶成核的动力学过程，提供一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器，其特征在于：该反应
器包含长径比为50
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100的内管、可抽拉进样管、进样口密封端盖、出样口密封端盖和可抽拉采样管；其中，所述内管的一端是进样端，所述内管的另一端是出样端；所述内管包括可调节进样位置的进样区、成核区及可调节采样位置的采样区一体化的三部分；进样端位于进样区，出样端位于采样区；进样区的进样端设置有进样口密封端盖，可抽拉进样管与进样口密封端盖配合使用；采样区的出样端设置有出样口密封端盖，可抽拉采样管与出样口密封端盖配合使用。
[0007]其中，所述内管是管状反应腔。所述的长径比是指内管总长和所述内管的内直径的比值。进样区是气体混合区，无壳层包裹，裸露在室温下。成核区是气溶胶成核区域，成核区外面套设有外管，是一个水浴控温的双层结构。可调节采样位置的采样区是气溶胶采样区，无壳层包裹，裸露在室温下。
[0008]可选地，所述高“长径比”的湍流流动管反应器作为气溶胶成核流动反应腔，壳层结构，石英玻璃所制，内管总长130cm，内直径2cm，长径比高达65。当气体(成核前体物和载气)总流量高于30标准升每分钟时，反应物流处于湍流状态(雷诺数Re＝uρL/μ＞2000，其中u，ρ，L，μ分别是流速、气体密度、圆管内直径、气体粘度)。所用载气为“零空气”，是零级空气，由脱除干燥空气中的二氧化碳和其他痕量杂质获得。
[0009]可选地，所述内管上依次设置有可抽拉进样管，进样口密封端盖，固定进样口、初级采样口、温湿度检测口、后级采样口、出样口密封端盖和可抽拉采样管。
[0010]可选地，所述的固定进样口设置于可调节进样位置的进样区，所述的初级采样口设置于成核区，所述的温湿度检测口和后级采样口设置于可调节采样位置的采样区。所述的初级采样口或者用作固定进样口。
[0011]可选地，所述反应器还包括外管，所述外管套设在成核区外，所述外管与成核区之间形成水浴夹层；所述外管上依次设置有水浴出口和水浴进口。
[0012]可选地，所述内管为石英玻璃所制，长径比为65。
[0013]可选地，温湿度检测口设置于可调节采样位置的采样区，所述温湿度检测口处设有温湿度计，其中成核区外管水浴控制气溶胶成核温度，所述成核温度由所述温湿度计实时监测。
[0014]可选地，所述可抽拉进样管与进样口密封端盖用不锈钢球磨夹固定；所述可抽拉采样管与出样口密封端盖用不锈钢球磨夹固定。
[0015]可选地，所述初级采样口包括三个初级采样口，所述三个初级采样口均匀分布在成核区上，所述初级采样口或用作固定进样口；所述固定进样口包括四个固定进样口，所述四个固定进样口均匀分布在可调节进样位置的进样区上。
[0016]可选地，所述的可抽拉进样管和可抽拉采样管均为石英玻璃所制。
[0017]可选地，可抽拉进样管沿内管轴向设置。
[0018]可选地，可抽拉采样管沿内管轴向设置。
[0019]可选地，所述的流动管反应器是集气体混合、气溶胶成核、气溶胶采样的开放式一体结构；混合区为前端10cm长一段，无壳层包裹裸露在室温下；由于反应物流处于湍流状态，使得混合变得比层流充分，无需额外加热或搅拌等装置和操作，均匀分布4个外径分别为1/4英寸大小的进样管，可实现4种不同种类的成核前体物同时进样。接着是长110cm成核区；成核区外面套设有外管，外管和内管之间形成水浴夹层，外管水浴控制气溶胶成核温度
在几度到十几度之间；这部分每隔27cm有一外径1/4英寸的采样口，即三个前级采样口。最后是长约10cm分布2个外径分别为1/4、1/2英寸大小后级采样口的采样部分；可与多种气溶胶检测分析仪器连接使用，由温湿度计实时监测采样温湿度；其中温湿度计设置于温湿度检测口处。
[0020]可选地，所述的流动管反应器，进样口包含固定的和可抽拉进样的两种进样管，出样口包含固定的和可抽拉出样的两种采样管。可抽拉进样管和可抽拉采样管均长70cm，外径1/4英寸。其中可抽拉进样管末端为“花洒”结构；有利于从该进样口反应物与其他气体的充分混合。二者分别与进、出样口密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器，其特征在于：该反应器包括长径比为50
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100的内管、可抽拉进样管(1)、进样口密封端盖(2)、出样口密封端盖(9)和可抽拉采样管(10)；其中，所述内管的一端是进样端，所述内管的另一端是出样端；所述内管包括可调节进样位置的进样区、成核区和可调节采样位置的采样区一体化的三部分；进样端位于进样区，出样端位于采样区；进样区的进样端设置有进样口密封端盖(2)，可抽拉进样管(1)与进样口密封端盖(2)配合使用；采样区的出样端设置有出样口密封端盖(9)，可抽拉采样管(10)与出样口密封端盖(9)配合使用。2.根据权利要求1所述的流动管反应器，其特征在于，所述内管上依次设置有可抽拉进样管(1)，进样口密封端盖(2)，固定进样口(3.1
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3.4)、初级采样口(5.1
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5.3)、温湿度检测口(7)、后级采样口(8)、出样口密封端盖(9)和可抽拉采样管(10)。3.根据权利要求2所述的流动管反应器，其特征在于，所述的固定进样口(3.1
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3.4)设置于可调节进样位置的进样区，所述的初级采样口(5.1
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5.3)设置于成核区，所述的温湿度检测口(7)和后级采样口(8)设置于可调节采样位置的采样区；其中，所述的初级采样口(5.1
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5.3)或用作固定进样口。4.根据权利要求1所述的流动管反应...

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