[发明专利]用于大气气溶胶新粒子形成与生长的流动反应装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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PM_2.5，而PM_2.5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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明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，本发明提供如下技术方案：

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；