气溶胶化学与物理1教学内容
气溶胶
影响人体健康
凝聚过程、化学反应 湿度小的时后有吸水性， 其它方面与烟效应相同
三、气溶胶源和汇 --气溶胶来源
天然源、人为源
（按颗粒物形成机制）气溶胶
一次气溶胶粒子、二次气溶胶粒子 一次气溶胶粒子
天然污染源和人为污染源释放。
二次气溶胶粒子
大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间， 或与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化 反应或其它化学反应转化生成的颗粒物。
表面积分布曲线（峰值 ） 0.25m
大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模。
由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，粒 度为0.005~0.05m，属于核模型。
粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气 凝结气而长大的，属于积聚模型。
以上颗粒物合称为细粒(小于2m)
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气溶胶源和汇—气溶胶天然来源
一次气溶胶粒子天然源 地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、
森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、 袍子等。
二次气溶胶粒子天然源
森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）--光化学反应--产生微小 颗粒；与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由H2S、SO2经氧 化生成的硫酸盐；由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。
一 气溶胶粒子成核过程
SO2转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下： 1. SO2气体的氧化g) mH 2SO4 nH2O
3.粒子成长过程
mH 2SO4 nH2O H 2SO4 其它气体、固体微粒 硫酸盐粒子
（液相硫酸雾核）
粒子（液体）
（固体）
二、气溶胶的分类
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类： ✓ 固态气溶胶——烟和尘； ✓ 液态气溶胶——雾；
气溶胶的基本特征课件
THANKS
感谢观看
改变云的形成和降水过程
01
影响地面对太阳辐射的吸收和反射
02
增加温室效应
03
对空气质量的影响
降低能见度
增加大气污染
形成光化学烟雾
对人类健康的影响
呼吸系统疾病 心血管系统疾病 增加死亡率
05
气溶胶的监测与测量方法
监测站点布局与采样方法
监测站点布局
采样方法
气溶胶测量仪器与技术
仪器
气溶胶测量仪器包括颗粒物计数器、粒子质量浓度测量仪、气溶胶质谱仪等。这 些仪器可以测量不同物理和化学性质的气溶胶，如颗粒物大小、成分和数量浓度 等。
06
气溶胶的控制与减排策略
减少排放源的措施
工业生产
控制工业生产过程中的废弃物排放，推广清洁生产技术，降低气 溶胶颗粒物产生。
能源利用
优化能源结构，减少燃煤和燃油使用，发展清洁能源，降低硫氧 化物、氮氧化物等气溶胶前体物的排放。
农业活动
推广有机肥和低毒农药使用，减少土壤和农作物中气溶胶颗粒物 的产生和排放。
控制大气中已有的气溶胶的措施
颗粒物排放控制
大气中已有气溶胶的去除
发展新型的气溶胶控制技术
新材料应用
研发新型材料，降低气溶胶颗粒物的产 生和排放，如低散发材料、水性涂料等。
VS
技术创新
推动清洁能源技术创新，提高能源利用效 率，减少气溶胶颗粒物的排放。如发展高 效、低成本的清洁能源转换技术、废弃物 资源化利用技术等。
气溶胶的性 质
物理性质
化学性质 环境影响
02
气溶胶的物理特性
粒子尺寸分布
气溶胶粒子大小通常在0.1-100 微米之间，其中大部分粒子在1-
分析气溶胶的形成和物理性质
分析气溶胶的形成和物理性质气溶胶是由固体或液体微粒悬浮在气相中的复杂混合物。
它们的来源包括天然和人工的过程，如火山喷发、森林火灾、工业排放、机动车辆尾气等。
气溶胶对公共健康和环境有着重要的影响，因为它们能够吸收或反射太阳辐射，影响地球能量平衡和气候，同时也能够对呼吸系统等产生负面影响。
本文将介绍气溶胶的形成机制和物理性质，为进一步了解气溶胶的环境影响提供更深入的理解。
一、气溶胶的形成机制气溶胶形成主要分为两种机制：核化和凝聚。
核化是指气态物质原子或分子自由组合形成稳定的固体或液体微粒的过程。
例如，大气中的氧、硫和氮等元素能够通过光和化学反应形成具有一定大小的微粒，成为大气气溶胶的一部分。
凝聚是指气溶胶微粒之间的相互作用力超过它们之间的热运动能量时，微粒彼此凝聚形成更大的微粒的过程。
这种过程可能是由于物理或化学作用导致的。
二、气溶胶的物理性质气溶胶化学和物理性质的复杂性导致了它们影响因素的巨大不确定性。
然而，它们的一些物理性质可以通过实验测量和数学模型进行研究。
大小和形状：气溶胶微粒的大小和形状可以对其行为和环境影响产生重要影响。
较小的微粒可以更容易地穿过人体呼吸系统并进入肺部，从而可能对健康造成负面影响。
形状和表面特性也与气液界面能量有关。
成分：气溶胶的成分对其环境化学和物理性质产生关键影响。
它们的化学成分取决于它们的来源。
例如，来自森林火灾的气溶胶中能够检测到碳和有机污染物，而来自工业排放的气溶胶中则可能含有重金属和硫酸盐等化学成分。
光学性质：气溶胶对太阳辐射的吸收和散射能够影响大气能量平衡和气候。
气溶胶的反射能力、散射角度和发散性不同，导致它们的光学性质也不同。
结论气溶胶的物理性质和影响因素非常复杂。
需要通过实验和数学模型的结合来建立气溶胶的化学和物理特征，进一步研究它们对公共卫生和环境的影响。
希望通过深入研究气溶胶，为缓解大气污染和气候变化等问题提供更有效的解决方案。
物理的气溶胶是什么时候初二还初三课程
物理的气溶胶是什么时候初二还初三课程气溶胶是物理初二课程。
一、气溶胶1、所谓气溶胶，是液体或固体微粒分散在气体所形成的分散体系，包括云、雾、烟尘等。
2、气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。
其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。
它们能作为水滴和冰晶的凝结核（见大气凝结核、大气冰核）、太阳辐射的吸收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。
雾、烟、霾、轻雾（霭）、微尘和烟雾等，都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。
3、描述气溶胶粒度的常用术语是当量直径，即粒子直径的可测量指标。
被测的不规则粒子的当量直径就是与之有相同物理性质的球形粒子的直径。
一般有空气动力学当量直径、迁移率当量直径、质量当量直径、表面当量直径、扩散当量直径等等。
例如，空气动力学直径是与不规则粒子有着相同沉降速率的单位密度（1000kg/m3或1g/cm3）的球形粒子的直径。
一般说来，半径小于1微米的粒子，大都是由气体到微粒的成核、凝结、凝聚等过程所生成；而较大的粒子，则是由固体和液体的破裂等机械过程所形成。
它们在结构上可以是均相的，也可以是多相的。
已生成的气溶胶在大气中仍然有可能再参加大气的化学反应或物理过程。
液体气溶胶微粒一般呈球形，固体微粒则形状不规则，其半径一般为0.001～100微米。
粒径在10-1～101微米的气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等方面具有重要作用。
小粒径气溶胶的浓度受凝聚作用所限制，而大粒子的浓度则受沉降作用所限制。
微粒在大气中沉降的过程中，受的阻力和重力的作用达到平衡时，各种粒子的沉降速度不同。
气溶胶化学与物理1
空气动力学直径和体积等效直径的 关系
• 在连续态（大颗粒物），Cc约等于1 • 在自由分子态（小颗粒）， • 此时da又称为真空空气动力学直径
电迁移率直径dm
电迁移率直径dm
• 静电末速VTE: 在电场中电场力与摩擦阻力相等时颗粒物的速度
• 电迁移率直径dm：同一电场中与被研究颗粒物具有相同电迁移速 率的球体的直径。直径相同的球体，带电荷不一样，dm不一样。 仅当与参考球体带有相等电荷时，其dm与dve相等。
气溶胶化学与物理
环境科学与工程学院C510 余老师 2046376331@
课程基本情况
• 课程类别：学科基础课程
• 基础课程：物理化学，大气环境学，大学 化学，有机化学，流体力学 • 课程学分：2 学分 • 课程总学时： 32 学时，其中讲课：30学时， 考试 2学时 • 开课学期：第3学期
归趋
– 碰并成大粒子，进入积聚模态（老化）
积聚模(condensation mode/droplet mode)
来源
– 燃烧过程所产生的蒸气冷凝、凝聚，以及由大气化 学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶
归趋
– 碰并减弱，不易沉降和扩散去除 – 云中过程分化出condensation mode 和droplet mode
• 以上公式针对球形颗粒物。实际大气气溶 胶一般不是球形 • 动力学形状系数dynamic shape factor χ • 非球形颗粒物所受到的阻力为同体积球形 颗粒物受到的阻力乘以χ
• 体积等效直径dve
典型形状物体和颗粒物的动力学形 状系数
χ一般大于1
空气动力学直径和stokes直径
• Stokes直径ds：一个颗粒物的stokes直径定义 为与该颗粒物有相同密度和沉降速度的球 形颗粒物的直径 • 空气动力学直径da：一个颗粒物的da定义为 与该颗粒物有相同沉降速度的密度为1 g/cm3的球形颗粒物的直径
大气气溶胶PPT课件
气溶胶分类（大气科学按粒径）
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气溶胶的源和汇
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气溶胶粒子对人体的危害
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大气气溶胶的浓度
粒子浓度是表征大气气溶胶特性的一个重要的物理量 数浓度、质量浓度、化学成分的质量浓度、面积浓度和体
积浓度 数浓度指单位体积空气中悬浮的粒子数，通常用个/cm3为
单位。质量浓度指单位体积空气中悬浮粒子的质量，用 mg/m3或ug/m3为单位 气溶胶粒子的浓度变化范围很大，受地理、气象和地域经 济结构不同的影响有很大差异。通常认为气溶胶本底的质 量浓度约为10ug/m3，数密度约为300个/cm3
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大气气溶胶的浓度
气溶胶浓度有明显的季节变化和日变化。 春季高于夏季，采暖季高于非采暖季。 日变化与近地面有大气逆温层的生消有关。
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大气气溶胶浓度随粒径的分布
大气气溶胶的浓度是 随其粒径不同而变化 的，就数浓度而言， 通常随尺度增加而减 小
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浓度分布函数
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粒子浓度随尺度分布的经验关系
次生气溶胶是指由微量气体通过成核与凝结转化为粒子。
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气溶胶粒子的成核作用
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气溶胶粒子的均相成核
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气溶胶粒子的非均相成核
当有外来粒子作为核心时，蒸汽分子凝结在该核心表面的 过程称为非均相成核
水溶性物质存在，或有现成的亲水性粒子存在时，常比纯 水更加容易成核、形成胚芽
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气溶胶物理化学过程与气溶胶污染控制
气溶胶物理化学过程与气溶胶污染控制气溶胶，顾名思义即为气态中的“固体”或“液体”颗粒，它们通常存在于自然大气和工业废气中。
气溶胶的大小、形状和成分各异，有些是自然形成的，如悬浮在空气中的尘埃、花粉和海盐颗粒，而有些则是工业、农业和交通等产生的，如工厂烟囱中排出的颗粒物、车辆运行时产生的尾气等。
气溶胶的特性使其成为大气环境中的一个重要的污染源，对人类健康和环境产生负面影响。
因此，深入了解气溶胶物理化学过程和采取有效的气溶胶污染控制措施非常重要。
气溶胶的物理化学过程气溶胶的物理化学过程包括凝聚、溶解、氧化、还原、沉积、扩散和迁移等多个方面。
其中，凝聚是气溶胶最基本的物理化学过程之一，它指的是在气态中的颗粒分子之间发生相互作用而聚合成更大的颗粒团的过程。
凝聚分为两种类型：无机气溶胶的气溶胶凝聚和有机气溶胶的凝聚。
气溶胶凝聚主要取决于气溶胶的大小、化学成分、温度和相对湿度等因素。
溶解是气溶胶在大气中一种重要的化学过程，它是由大气中的水分、酸分子、碱分子等产生的化学反应导致的。
氧化和还原反应是氧、水和氧化剂的存在下，导致气溶胶的颜色、形状和大小发生变化。
可见，气溶胶的物理化学性质非常复杂，受多种因素的影响，其大小、形状和成分的变化决定了它们在大气中的行为。
气溶胶的污染控制要控制气溶胶的排放和扩散，有很多方法和技术。
以下是一些常用的方法：1. 气溶胶清洁技术气溶胶清洁技术包括机械收集、电子束和过滤器等方法，它们通过物理方式将颗粒从气体中去除。
机械收集主要是以重力沉降、惯性分离、过滤和电影除尘为主；电子束主要是利用高电压裂解化学反应生成电子来去除气体中的颗粒；过滤器是利用多孔材料将颗粒截留在过滤器中。
这些清洁技术在一定程度上能够减少气溶胶排放和烟气污染。
2. 好的燃烧控制方法对于有着明显的高温气体的物质，采用好的燃烧控制方法是去除气溶胶的一个有效方式。
例如，采用氧气富氧燃烧方法，使得燃料在氧气富含的环境下进行燃烧，得到的燃烧产物只含有H2O和CO2等被认为是比较无害的气体。
气溶胶物理化学性质研究及应用
气溶胶物理化学性质研究及应用第一章气溶胶的基本特性气溶胶是指分散态的液体或固体微粒悬浮在气体中形成的混合物。
它是大气环境中的主要组分之一，对人体健康和环境有重要影响。
气溶胶在分散状态下具有很多特殊的物理化学性质，包括表面化学反应、光学性质、热学性质、电学性质等，这些特性决定了它在环境和工业中的应用。
本章将介绍气溶胶的基本特性，包括粒径分布、浓度分布、化学成分等，并探讨其在大气环境和工业中的应用。
1.1 粒径分布气溶胶微粒的粒径分布是表征气溶胶的重要参数之一。
粒径分布的测定方法有屈光法、激光粒度仪、动态光散射仪等。
气溶胶微粒的粒径一般在10-10,000nm之间，其中超细微粒（<100nm）对健康和环境的影响最大。
此外，粒径分布的形状和宽度也是重要的参数，它们决定了气溶胶在大气中的运动和沉降速度。
1.2 浓度分布气溶胶浓度指单位体积气体中气溶胶微粒的个数或质量。
浓度分布的测定方法有孔径梳状电影法、静电孔径法、冗余标记法等。
气溶胶浓度受到气象条件、大气环境和人类活动等因素的影响，特别是工业、交通等源排放。
1.3 化学成分气溶胶的化学成分对其性质和应用有着重要影响。
气溶胶的化学成分包括无机盐类、有机物、元素、气态物质等。
其中，有机物是主要成分之一，这些物质来源于生物、燃料燃烧、挥发性有机化合物等。
化学成分的分析方法包括X射线荧光光谱、原子吸收光谱、气相色谱质谱法等。
第二章气溶胶的物理化学性质气溶胶在大气环境和工业中的应用受到其物理化学性质的影响。
本章将介绍气溶胶的一些重要物理化学性质，并探讨其在环境和工业中的应用。
2.1 表面化学反应表面化学反应是表征气溶胶性质的重要参数之一。
气溶胶微粒的表面活性决定了它们在大气环境和工业中的吸附和反应性能。
例如，大气中的硫酸钠气溶胶对光的吸收和反射影响大气的光学性质，工业中用于燃料添加剂的铝氧化物气溶胶可以增加燃烧效率。
因此，了解气溶胶微粒的表面性质对于其应用和环境影响的评价非常重要。
气溶胶知识讲解
气溶胶本节内容要点：气溶胶的定义、分类、源、汇、粒径分布、气溶胶粒子的化学组成、气溶胶的危害、气溶胶污染源的推断等1）气溶胶的定义和分类气溶胶（aerosol）是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。
微粒的动力学直径为0.002〜100卩m由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小，因而它们不象气态分子那样服从气体分子运动规律，但也不会受地心引力作用而沉降，具有胶体的性质，故称为气溶胶。
实际上大气中颗粒物质的直径一般为o.ooi〜ioo卩m大于io ym的颗粒能够依其自身重力作用降落到地面，称为降尘；小于1oym的颗粒，在大气中可较长时间飘游，称为飘尘。
按照颗粒物成因不同，可将气溶胶分为分散性气溶胶和凝聚性气溶胶两类。
分散性气溶胶是固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶。
凝聚性气溶胶则是由气体或蒸汽（其中包括固态物升华而成的蒸汽）遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形成的气溶胶。
例如二氧化硫转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下：•二氧化硫气体的氧化过程•气相中的成核过程（液相硫酸雾核）在过饱和的H2SO4蒸气中，由于分子热运动碰撞而使分子（n个）互相合并成核，形成液相的硫酸雾核。
它的粒径大约是几个埃。
硫酸雾核的生成速度，决定于硫酸的蒸气压和相对湿度的大小。
粒子成长过程硫酸粒子通过布朗运动逐渐凝集长大。
如果与其他污染气体（如氨、有机蒸气、农药等）碰撞，或被吸附在空中固体颗粒物的表面，与颗粒物中的碱性物质发生化学变化，生成硫酸盐气溶胶。
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类：⑴固态气溶胶--烟和尘；⑵液态气溶胶--雾；（3）固液混合态气溶胶--烟雾（smog）。
烟雾微粒的粒径一般小于1卩m （见表2-13）。
气溶胶按粒径大小又可分为：（1）总悬浮颗粒物（total suspended particulates 或TSP）用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1〜1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物，它是分散在大气中各种粒子的总称。
气溶胶化学PPT课件
பைடு நூலகம்
• 对于表面积分布和体积分布来说， 幂函数的模式不适用。
• 在Junge的工作基础上，Whitby及其同事根据粒子的来源、化学特 征和去除过程与粒径的关系进一步确立了气溶胶的多模结构。用质 量、表面积或体积分布表示时，典型城市气溶胶的重要特征显得更 加明显。图中各曲线下的面积分别与相应的粒子数、粒子表面积和 粒子体积成正比。这种方法使气溶胶粒子的多峰形模结构特征表现 得更加明显。
• 降尘（dustfall）是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒 物中一般直径大于 30m的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉 降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为 评价大气污染程度的指标之一。 • 可吸入粒子（inhalable particles，IP）：国际标准化组织（ISO）建 议，将可吸入呼吸道的粒径范围内（Dp≤10m）的粒子称为可吸入 粒子。粒子附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积下来，直接影响人 的呼吸，危害人体健康。因此IP是最引人瞩目的一类粒子。
一次气溶胶 a. 扬尘 风蚀尘、生物微粒；Dp> 2m，与土壤化学成分相近 b. 海盐 Dp> 2m，主要是 NaCl、MgCl2、SO42c. 火山尘 Dp> 2m，与土壤相近 d. 山林火灾尘 Dp< 2m，主要是有机物质 e. 宇宙尘 Dp> 2m，主要是金属微粒 a. 植物排放 Dp< 2m b. 与自然界 N、S 循环有关的化学转化 H2S→H2SO4、SO42-；NOx→NO3-
V
ln 0.02 be
• 对可见光 be = bs V=3.9/bs • 对城市大气 bsp>>bsg be = bsp • ==== V
第二章第一节气溶胶
小知识
随着粒子尺度的变化，粒子也会表现出不同 的物理特性。例如，100μm的铝粒子爆炸性很 微弱，其最低引燃能量为200mj，而10μm的铝 粒子，最低引燃能量仅为10mj，爆炸性很强 烈。这正是比如面粉加工厂等多粉尘的地方需 要特别注意的。
4、粒子浓度和粒子浓度随高度的分布
粒子浓度 是描述大气气溶胶特性的另一个 重要物理量。表示粒子浓度的方法有好几种， 如数浓度、质量浓度和化学成分质量浓度等 等。数浓度定义为单位体积空气中悬浮的粒子 的数目。气溶胶的质量浓度定义为单位体积空 气中气溶胶物质的质量。有时也用气溶胶粒子 的质量与空气的质量之比来度量气溶胶粒子的 质量浓度。
3、粒子的等效尺度和常用特征尺度
空气动力学等效直径 在气流中，如果所研 究的粒子与一个有单位密度的球形粒子的空气 动力学效应相同．则这个球形粒子的直径就被 定义为所研究粒子的空气动力学等效直径． 一切根据惯性原理设计的撞击式测量仪器所 测量的粒子直径都是空气动力学等效直径；根 据带电粒子的迁移速率与粒子尺度的关系设计 的粒子尺度测量仪器所测量的也是空气动力学 等效直径。 例1
常用的特征尺度
核模态(r<0.05μm)，积聚模态(0．05＜r ＜1．oμm＝和粗模态(r＞1.0μm)。 大气物理学(云、降水物理)中常把凝结核分 为爱根核、大核和巨核。所谓爱根核即指半径 小于0.1μm的质粒，因爱根(Aitken)最先使用 凝结核计数器对这种尺度的质粒进行测量而得 名。大核的半径范围为o.1μm~1.0μm，巨核 指半径大于l.0μm的质粒，它们在尺度范围的 区分上与三模态基本一致。
实际大气的经验描述
观测的大气气溶胶粒子数谱分布可分成三个模 态，实际上大气气溶胶还有另一种由气体转化成的更 小的粒子，一般光学仪器探测不到。这样，大气气溶 胶是由4种尺度谱分布不同的气溶胶混合面成的。4种 气溶胶体系的粒子数谱分布的峰值分别出现在半径为 0.0l~0.05μm ， 0.15 ～ 0.3μm ， 0.5 ～ lμm 和 5— 10μm范围之内。因此，要描述大气气溶胶在整个尺 度范国内的粒子数谱分布，最好用一个四项式。每一 项代表一种气溶胶。考虑到气溶胶粒子的形成过程的 随机特点，每一种气溶胶的粒子数谱分布可用一个正 态分布函数表示，即整个大气气溶胶的粒子数谱分布 函数是4个参数不同的正态分布函数组成的四项式。
《气溶胶化学》PPT课件
苯并[a]芘 二苯并[a,h]蒽 苯并[g,h,i]苝 茚并[1,2,3-cd]芘
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❖分类：
2.按颗粒物的物理状态分: 固态：烟、尘 液态：雾 固液混合：霾、烟雾
3.按粒径大小分： 环境部门 大气科学(云降水物理)
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(一) 环境部门
1. 总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的 颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径 多在100 μm以下，尤以10 μm以下的为最多。
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（一）离子成分
（4）其他的水溶性离子
a. Cl-：海盐粒子是大气颗粒物中Cl-的主要贡献者。 沿海地区大气颗粒物中的Cl-主要存在于粗粒子中； 化石燃料（煤）的燃烧也可以排放，存在于细粒子
中，使得燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl-会产生富集。
b. Na+：海水中含量最高的阳离子，沿海地区中几乎 都来于海洋排放，存在于粗模态中。
大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。
（1）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后 沉降。
（2）湿沉降： ① 雨除 ：气溶胶作为CCN成为云滴中心，通过
凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T<0 ℃）即雪， 形成降雨/雪。 ② 冲刷：在降雨/雪过程中，雨滴将大气中的微 粒挟带或冲刷下来。
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❖ 重要性： 1. 化学 (干湿沉降,光化学烟雾,多相反应界面 etc.) 2. 气候效应 (直接气候效应及间接气候效应) 3. 环境质量（能见度） 4. 健康效应
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气溶胶的来源
大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为 自然源和人为源。
自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风 蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾 等。
物理化学-胶体化学1
固 液溶胶或悬浮液 金溶胶，油墨，泥浆
气
固
液
固
固溶胶
泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些合金
❖ §10.1溶胶的制备
（三）溶胶分类方法（2种）： 1、按分散相和介质的聚集状态分类分为3类：液溶胶、固溶
胶、气溶胶 （1）、液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶，称为液溶胶，简称溶胶 例：液－固溶胶 如油漆、AgI溶胶 （2）、固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶： 例：固－固溶胶：如有色玻璃，不完全互溶的合金 固－液溶胶：如珍珠，某些宝石 固－气溶胶：如泡沫，沸石分子筛 （3）．气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。 A、气－固溶胶 如烟、含尘的空气 B、气－液溶胶 如雾、云
过量的FeCl3为稳定剂，胶粒带正电荷
As2S3溶胶： As2O3 + 3H2O 2H3AsO3 2H3AsO3 + 3H2S As2S3 + 6H2O
HS－为稳定剂，胶粒带负电荷
11Leabharlann §10.1溶胶的制备❖ 三、溶胶的净化： ❖ 主要有渗析法和过滤法。最常用的是渗析法。 ❖ 渗析法------利用胶体粒子不能透过半透膜的
浑浊泥水，牛 奶，豆浆等
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❖ §10.1溶胶的制备 ❖ （四）分散系统性质比较
§10.1溶胶的制备
（二）、按分散相和分散介质的聚集状态不同进行分类 (P615页)：
表12.0.2 分散系统分类(按聚集状态)
分散介质 分散相
名称
实例
气
液
固
气溶胶
云，雾 烟，含粉尘的空气
气
泡沫
肥皂泡沫
液
液
乳状液
牛奶，含水原油
特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂 质，一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋 酸纤维素等作为半透膜。
气溶胶知识讲解
气溶胶本节内容要点：气溶胶的定义、分类、源、汇、粒径分布、气溶胶粒子的化学组成、气溶胶的危害、气溶胶污染源的推断等1）气溶胶的定义和分类气溶胶(aerosol)是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。
微粒的动力学直径为0.002～100μm。
由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小，因而它们不象气态分子那样服从气体分子运动规律，但也不会受地心引力作用而沉降，具有胶体的性质，故称为气溶胶。
实际上大气中颗粒物质的直径一般为0.001～100μm；大于10μm的颗粒能够依其自身重力作用降落到地面，称为降尘；小于10μm的颗粒，在大气中可较长时间飘游，称为飘尘。
按照颗粒物成因不同，可将气溶胶分为分散性气溶胶和凝聚性气溶胶两类。
分散性气溶胶是固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶。
凝聚性气溶胶则是由气体或蒸汽(其中包括固态物升华而成的蒸汽)遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形成的气溶胶。
例如二氧化硫转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下：●二氧化硫气体的氧化过程● 气相中的成核过程(液相硫酸雾核)在过饱和的H2SO4蒸气中，由于分子热运动碰撞而使分子(n个)互相合并成核，形成液相的硫酸雾核。
它的粒径大约是几个埃。
硫酸雾核的生成速度，决定于硫酸的蒸气压和相对湿度的大小。
●粒子成长过程硫酸粒子通过布朗运动逐渐凝集长大。
如果与其他污染气体(如氨、有机蒸气、农药等)碰撞，或被吸附在空中固体颗粒物的表面，与颗粒物中的碱性物质发生化学变化，生成硫酸盐气溶胶。
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类：(1)固态气溶胶--烟和尘；(2)液态气溶胶--雾；(3)固液混合态气溶胶--烟雾(smog)。
烟雾微粒的粒径一般小于1μm (见表2-13)。
气溶胶按粒径大小又可分为：(1)总悬浮颗粒物(total suspended particulates或TSP)，用标准大容量颗粒采样器(流量在1.1～1.7m3/min)在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物，它是分散在大气中各种粒子的总称。
第七章 溶胶
湖南中医药大学物理化学教学课件
第四节 溶胶的动力学特征
反渗透现象 附加压力大于渗透压 在分散体系上方所施加 的压力大于渗透压，这 会导致分散体系中的溶 半透膜 剂向纯溶剂中转移，这 种现象称为反渗透现象。 分散体系 纯溶剂
应用： 利用反渗透现象淡化海水制取淡水。
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第四节 溶胶的动力学特征
四、沉降 定义： 分散相在重力作用下的下沉现象。 沉降平衡： 沉降作用 扩散作用 自上而下，浓度逐渐减小 与沉降作用相反
当沉降速度＝扩散速度时，溶液中各部分浓度不再变化， 达到平衡。
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结果： 由上而下，浓度依次升高。
第五节 溶胶的电学性质
一、电动现象 电 泳：在电场力作用下，分散相粒子向一定方向移 动的现象。 电 渗： 在电场力作用下，液体对固定的固体表面电 荷作相对移动的现象。 流动电势：在外力作用下，液体沿着固体表面流动时产 生的电势。 沉降电势：在外力作用下，带电粒子相对于液体介质运 动时产生的电势。
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胶粒靠近时水化层受挤压变形造成弹性机械阻力
第六节 胶体的稳定性
三、溶胶的聚沉 定义： 溶胶分散度降低，分散相颗粒增大，最后从介 质中沉淀析出的现象称为聚沉。 电解质的聚沉作用 少量电解质起稳定作用 大量电解质使溶胶聚沉 聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需 电解质的最低浓度。
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对溶胶去聚沉作用的主要是反离子
第六节 胶体的稳定性
电解质聚沉的规律 ①反离子价数越高，对溶胶的聚沉能力就越强。 ② 同价态的离子聚沉能力相近，符合感胶离子序 H+＞Cs+＞Rb+＞
第5章 气溶胶化学
第三节 气溶胶粒子的成核作用
气溶胶粒子的成核是通过物理过程和化学过程形成的， 气体经过化学反应，向粒子转化的过程从动力学角度可以 分为4步：
1.
2.
3. 4.
均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中； 在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大； 由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大； 经过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）和湿沉降 （雨除和冲刷）清除。
3. 半挥发性有机物在气相和颗粒相的分配 大气中的有机物按其饱和蒸汽压的大小分为挥发性有机 物（VOC）、半挥发性有机物（SVOC)、和非挥发性有机 物 (NVOC). 半挥发性有机物来源于燃烧源的一次排放和大气光化学 的二次转化。一般认为，半挥发性有机物存在于气态，直到 其浓度达到某个临界值时，吸附到合适的颗粒物表面或通过 均相成核进入颗粒态，此时半挥发性有机物的气相与颗粒相 之间达到热力学平衡。
2. 气溶胶中的水溶性有机物 水溶性有机物（WSOC),即用水能够提取下来的颗粒物中的 有机物，可占POM的20~70%。因为吸湿性和作为云凝结核 （CNN) 的能力，环境效应十分重要。在一些背景地区，浓 度可相当或高于无机离子组分。 WSOC占颗粒物中有机物的50~80%，占颗粒物水溶性部分 的20~50%。
一、气溶胶粒子中的离子成分
水溶性离子是气溶胶的重要化学组分，在乡村大陆地区， 气溶胶中的水溶性组分随着粒径的减小而增加，在0.1~0.3μm 的范围内可达80%。在海洋大气中，即使是粗粒子也主要由 水溶性物质组成（海盐）。 水溶性离子组分中阴离子主要以硫酸盐、硝酸盐、卤素离 子存在，而阳离子主要是铵根离子及碱金属和碱土金属离子。
多环芳烃（PAHs）具有显著毒性，具有冬高夏低的季节 变化规律，早晨和下午交通高峰期浓度出现高值，白天由于 混合层高度上升PAHs浓度下降。 苯并芘（B[a]P) 被人为是PAHs中毒性最强的化合物，海 洋大气浓度为1~10pg/m3, 自然保护区空气中0.1ng/m3
气溶胶Word完整版指南
绪论气溶胶概念：气溶胶是指长时刻悬浮在气体环境中、能观察或测量到的液体或固体粒子的集合。
粒径范围～500μm，这些颗粒物粒径比气态分子大，比降尘粒径小。
（空气动力学直径D，与颗粒的密度和形状有关系。
）气溶胶与气候转变：气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐射平衡，这两种进程都会引发气候转变。
气溶胶颗粒具有各类粒度，决定了它对光的不同效应，如吸收、散射或反射作用，从而对气候产生直接或间接的效应。
其直接效应是吸收或反射太阳的辐射，使地球的热平衡受到影响；其间接效应是对云的成核作用，使云的凝聚核增多，而增强云的反射。
常见特殊天气现象：沙尘暴、灰霾。
沙尘暴的影响：使生态环境恶化，生产生活受影响，生命财产损失，交通安全（飞机、汽车等交通事故）。
另外，气溶胶对中国北方酸雨的中和作用，对硫酸盐气溶胶的形成及其散布，对海洋中微量成份循环进程的影响也是不容轻忽的。
灰霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气浑浊，水平能见度减低到10千米以下的一种天气现象。
我国的部份区域存在着４个明显的大气棕色云区，即灰霾严峻地域：北部的黄、淮、海地域；东部的长江三角洲；四川盆地；珠江三角洲。
正常呼吸状态下不同粒径的颗粒物在人体呼吸系统的沉积状况纵观气溶胶研究的进展，能够看出其趋势，已从人为源逐渐向天然源、生物地球化学源进展；从整体颗粒物的表征向单个颗粒物；由微米级向亚微米，乃至纳米级的粒度进展；从一般无机元素组分向元素碳、有机碳、酸硷性基团、有机分子进展；从室外环境向室内环境、区域环境、全世界环境进展；从平流层向对流层进展；并将气溶胶的特性与环境效应（如气候效应）、生态效应（如健康效应）和大气化学进程紧密结合起来，向更深的层次和更广的范围开拓。
气溶胶测量的大体原理和方式： 运用惯性、热力和静电引力加速粒子的沉积，或利用有效的过滤系统。
经典时期气溶胶采样方式 ：计尘器（konimeters ） 串级冲击式采样器（cascade impactors ） 采尘器（impingers ） 沉降器（Precipitators ）。
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空气动力学直径和体积等效直径的 关系
• 在连续态（大颗粒物），Cc约等于1 • 在自由分子态（小颗粒），
• 此时da又称为真空空气动力学直径
电迁移率直径dm
电迁移率直径dm
• 静电末速VTE: 在电场中电场力与摩擦阻力相等时颗粒物的速度
Cunningham滑流修正系数
球形颗粒物的沉降末速
• 重力等于摩擦力时的恒定速度
大气中颗粒物的沉降末速
• 压力决定平均分子自由程，进而决定纽森数和 Cunningham修正系数
• 大颗粒物在连续态时Cc约等于1，VTS几乎跟压力无关 • 小颗粒在自由分子态，VTS˜1/p
修正非球形颗粒物所受到的阻力
的相对稳定的悬浮体系。所谓液体或固体微粒， 通常称为颗粒物或粒子( particles )，是指空气 动力学直径为0. 003-100 μm的液滴或固态粒子。 该粒径范围的下限来自目前能测出的最小尺度; 上限则相应于在空气中不能长时间悬浮而较快 降落的尺度。
1 m=103 mm=106 μm=109 nm
气溶胶形态和主要形成特征
3. 按气溶胶粒径大小分
➢ 总悬浮颗粒物(total suspended particulates或TSP):用标准大容量采样器(流量在1.1一1.7 m3/min)在滤 膜上所收集到的颗粒物总质量，通常称为总悬浮颗粒物。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也 是大气质量评价中一个通用的重要污染指标。其粒径绝大多数在100 μm以下，多数在10 μm以下。
4. 空气动力学直径
气体中颗粒物的运动
• 连续态(continuum regime)、自由分子态(kinetic regime) 和过渡态(transition regime)
• 纽森数 Knudsen number (Kn)：气态分子平均自由程与颗 粒物直径的比值
平均自由程
• 分子连续两次碰撞之间经过的平均距离 （=分子平均热运动速度/单位时间内分子碰
气溶胶粒子的三模态及形成机制
实际大气的三模态分布
核模（Nucleation mode/Aitken mode）
➢来源
– 燃烧过程所产生的一次气溶胶 – 化学反应均相成核
➢归趋
– 碰并成大粒子，进入积聚模态（老化）
积聚模(condensation mode/droplet mode)
➢ 来源
– 燃烧过程所产生的蒸气冷凝、凝聚，以及由大气化 学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶
• 两台仪器 测量粒径 不同，得 到的粒径 分布一样
气溶胶的粒径谱分布函数
气溶胶数浓度分布函数
气溶胶表面积浓度分布函数 气溶胶体积浓度分布函数
基于对数的谱分布函数
大气气溶胶谱分布函数的经验描述
• 总浓度 • 平均粒径 • 方差σ
对数正态分布
以对数正态分布表示 实际大气粒径分布
典型大气气溶胶三个模态的参数
内容与课时安排
一、绪论（概念、分类、粒径分布、浓度、对人 体健康的危害）
二、气溶胶化学成分 三、气溶胶热力学基础 四、气溶胶生命周期（成核、凝结、碰并、激发、
沉降） 五、气溶胶表面非均相化学 六、气溶胶水相和液滴中的染物 气态+气溶胶颗粒
• 气溶胶定义 液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成
不同粒径气溶胶对人体健康的危害
气溶胶的大小表征
1. 球形气溶胶的几何直径dp 2. 体积等效直径 dve
3. 光学等效直径 所研究的不规则形状粒子与直径为doe的球形粒子具有相同的 光散射能力，则定义doe为所研究粒子的光学等效直径。应该 指出的是，此定义只适用于粒子群的统计特征;粒子的光散射 能力与光波波长有关，一般以0. 55 μm绿光为标准来定义光学 等效直径。
气溶胶化学与物理
环境科学与工程学院C510 余老师
2046376331@
课程基本情况
• 课程类别：学科基础课程 • 基础课程：物理化学，大气环境学，大学
化学，有机化学，流体力学 • 课程学分：2 学分 • 课程总学时： 32 学时，其中讲课：30学时，
考试 2学时 • 开课学期：第3学期
撞次数）
• 分子热运动速度为Maxwell-Boltzmann分布， 其平均值为
单位时间内分子碰撞次数zm
• 相对运动速率
• 单位时间某个分子经过的 圆柱体内分子的数目
大气标准状况下分子平均自由程和 气溶胶纽森数
• 标准大气(1013 hPa压力和293 K温度)
• 对于10nm颗粒物，纽森数为13，自由分子态 • 对于1000nm颗粒物，纽森数为0.13，连续态 • 通常的大气颗粒物在两者之间的过渡态
大气气溶胶的形貌
气溶胶的分类
1. 按颗粒物成因 一次气溶胶(primary aerosol ):由排放源直接排放到大气中
的颗粒物。 二次气溶胶(secondary aerosol):在大气中通过与气体组分的
化学反应生成的颗粒物。 2. 按颗粒物的物理状态
(1) 固态气溶胶:如烟和尘。烟是指燃烧过程产生的或燃 烧产生的气体通过转化形成的粒径小于1 μm 粒子;尘是 指通过各种碎裂过程而直接产生的粒径小于1 μm固体粒 子。 (2)液态气溶胶:如雾。 (3)固液混合态气溶胶:如烟雾( smog=smoke+fog)，烟雾微 粒的粒径一般小于1 μm
学习目标与任务
本课程的学习目标是掌握大气气溶胶的基础 知识、物理和化学特性、气溶胶在大气环 境污染形成过程中起着重要作用、基本测 量方法，了解气溶胶中有害物质对大气环 境的影响及对人类的危害。
参考书目
1. 大气环境化学(第二版),唐孝炎,张远航,邵敏主编, 2006年,高等教育出版社。
2. Atmospheric Chemistry And Physics: From Air Pollution To Climate Change, Second Edition， John H. Seinfeld, Spyros N. Pandis著
➢归趋
细粒子和粗粒子之间很少相互作用，可以认为是相 互独立的。
各模态粒子相互作用的速度
本课小结
1. 气溶胶的基本概念 2. 气溶胶粒径的表征方法 3. 气溶胶粒径谱 4. 三模态理论
➢ 飘尘:可在大气中长期飘浮的悬浮物。主要是粒径小于10 μm的颗粒物。飘尘粒径小，能被人直接吸 入呼吸道内造成危害，其在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，使污染范围扩大，同时 在大气中还可为化学反应提供反应床。因此，飘尘是最受人们关注的研究对象之一。
➢ 降尘:用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中属粒径大于30 μm的粒子，由于其自身的重 力作用会很快沉降下来，所以将这部分微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度 的指标之一。
• 以上公式针对球形颗粒物。实际大气气溶 胶一般不是球形
• 动力学形状系数dynamic shape factor χ • 非球形颗粒物所受到的阻力为同体积球形
颗粒物受到的阻力乘以χ
• 体积等效直径dve
典型形状物体和颗粒物的动力学形 状系数
χ一般大于1
空气动力学直径和stokes直径
• Stokes直径ds：一个颗粒物的stokes直径定义 为与该颗粒物有相同密度和沉降速度的球 形颗粒物的直径
研究大气气溶胶的意义
1. 气溶胶直接参与大气中云的形成和湿沉降(雨、 雪、冰和雾等)过程；
2. 当太阳光通过大气时，气溶胶粒子能够散射 或吸收太阳光，使大气能见度降低，削弱太 阳辐射，进而改变环境温度和植物的生长速 率；
3. 大气中的化学反应提供了良好的反应床，气 态污染物的最终归宿；
4. 气溶胶粒子通过呼吸道进人人体时，部分粒 子可以附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积 下来，直接影响人的呼吸，危害人体健康。
• 电率仅迁的当移球与率体参直的考径直球d径体m。带：直有同径相一相等电同电场的荷中球时与体，被，其研d带究m电与颗荷d粒ve不物相一具等样有。，相d同m不电一迁样移。速 • dm与真空空气动力学直径的关系
气溶胶的粒径分布的表示方法
同一群颗粒物，不同仪器测量粒径范围不同。若以粒子浓度作为纵坐标：
以dN/d(dp)作为纵坐标
颗粒物在流体中所受到的摩擦阻力
• 颗粒物在层流中，满足stokes定律
• 对于小于1 μm的小颗粒物，湍流状态，必 须做Cunningham滑流修正。
• Cc与纽森数有关，也即与颗粒物粒径有关
Cunningham滑流修正系数
• 参数化经验公式
• 当Kn趋近于0时，连续态， • 当Kn趋近于无穷时，自由分子态，
➢ 可吸入颗粒物(inhalable particles , IP)或PM10: 根据可进入呼吸道的粒径范围，把粒径Dp<10 μm的粒子 称为可吸人粒子。PM10是指粒径Dp 小于10 μm颗粒物的质量浓度。
➢ 细粒子(fine particle)或PM2.5: 根据气溶胶粒子的组成及来源随着粒径大小而明显不同的特点，也可 将气溶胶粒子分为细粒子(粒径Dp >2. 5 μm)和粗粒子(粒径DP >2.5 μm)两大类。PM2.5是指粒径Dp≤ 2.5 μm颗粒物的质量浓度。
➢ 归趋
– 碰并减弱，不易沉降和扩散去除 – 云中过程分化出condensation mode 和droplet mode
粗粒子模态
➢来源
– 粗粒子模主要来源于机械过程所造成的扬尘、海盐溅 沫、火山灰和风砂等一次气溶胶粒子。这种粒子的化 学成分与地表土的化学成分相近，而且各地区的平均 值变化不大。
3. 气溶胶测量原理、技术及应用（第二版）,（美） 巴伦，（美）维勒克编著，白志鹏等译