第五章气溶胶化学全解

p
p
e ln Dp d ln Dp nV
二 、 大 气 气 溶 胶 谱 分 布 的 经 验 描 述
用平均粒径和谱分布范围的方差来描述气溶胶分布 假设一个离散分布由M组粒径为Dk、数浓度为Nk(k=1,2.。。M）的 气溶胶粒子组成
N
N
k 1 N k 1 M
N
k
DP
一.气溶胶的粒径谱分布函数
n p
0
气溶胶粒子谱分布描述多谱气溶胶浓度随粒子尺度的分布 数浓度、表面积、体积分布函数
N nN D p dDp ns D p ns D p dN 单位：个 m 1 cm3 dD


nN D p
nN D p
N p b p c p
N
AB
b 1
c
c
1 c

b 1 c
b Dm Bc
三、气溶胶粒子的三模态及其特性
爱根核模：小于0.05μm 燃烧过程产生的一次气溶胶和气 体转化生成 积聚模：0.02~2 μm 爱根核膜的凝聚 粗模态 ：大于2 μm 机械过程造成的一次气溶胶
N
k 1 N
k
Dk
k
N
k
1 N
N
k 1 M
M
k
Dk

2

N
k 1 M k 1
Dk
k
N

1 N
N
k 1
k
D
1 N
k
2 Dp

DP

0
DP n N DP dD p
0

0

2

D
n N DP dD p
P



0
DP n N DP dD p 1 N
第五章 气溶胶化学
第一节： 引言
气溶胶：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 动力学直径：０.００３～１００μｍ，也称为大气颗粒物
二、粒径
1. 光学等效直径：与直径 Dp 的球形粒子具有相同的光散 色能力的不规则粒子，定义 Dp 为所研究粒子的光学等效 直径。粒子的光散射能力与光波波长有关，一般以 0.55μm绿光作为标准 2. 体积等效直径或几何直径：与直径为 Dp 的球形粒子具 有相同体积的不规则粒子，定义 Dp 为所研究粒子的体积 等效直径。 3.空气动力学等效直径：与直径为Dp且密度为1g/cm3的 球形粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义 Dp 为所研究粒子的等效空动力学直径。 各种等效直径描述的不是单个粒子的粒径，而是粒子群 的统计特征。
三、分类
1. 按颗粒物成因分 分散性气溶胶凝聚性气溶胶 按颗粒物的物理状态分 固体气溶胶 液态气溶胶 固液混合态气溶胶 按气溶胶粒径大小分 总悬浮颗粒物 TSP 分散在大气中的各种离子的总称 1 飘尘 ： 可在大气中长期漂浮的悬浮物 <10μm 降尘：用降尘罐采集到的大气颗粒物 >30μm 可吸入颗粒物PM10 细粒子 PM2.5 其它相关概念 一次气溶胶二次气溶胶均质气溶胶(化学性质相同） 单谱气溶胶（粒径相同）多谱气溶胶
细粒子和粗粒子之间很少相互作用
各种粒子模相互作用的凝聚速率
单位：%h-1
模态 核膜 积聚模 粗模
核膜
31 79 0.5
积聚模
4.8 0.0013
粗模
0.0005
新鲜气溶胶一般以核膜为特征的单峰型，“老化”气溶胶表面积 和体积分布以细粒子粗粒子为特征的双峰型。
N 个 cm
n ln D d ln D cm D n ln D d ln D n ln D d ln D
p p
p
3 e V m cm D p nN ln D p d ln D p 6
3 3


e s
2.
3.
4.
气溶胶形态及其主要形成特征
形态
分散质
粒径/μm
>40 <10
形成过程 雾化、冷凝
主要效应 净化空气
轻雾 水滴 浓雾 液滴
雾化、蒸发、凝结和 降低能见度，有时影响人 凝聚 体健康 机械粉碎、粉尘、煤 能形成水核 燃烧 影响能见度 升华、冷凝、燃烧 冷凝、化学反应 降低能见度，影响人体健 康 降低能见度，影响人体健 康




式中，N——气溶胶总数浓度； D pg——峰值对应的粒径； ln g——正态分布的标准偏差
2. 幂指数分布
dN Cr dr
lg Dp nN
幂函数
r 粒子半径 C 不随r改变的常数
C Dp
不适用于表面积和体积浓度谱分布的拟合
3. 修正的Γ 谱分布 n D AD exp BD
2 DP n N DP dD p


0源自文库
n N DP dD p



0
D
P
2 DP n N DP dD p

1.对数分布函数
2 ln D p ln D pg dN N e nN ln D p 1 d ln DP 2 2 ln g 2 ln 2 g ln D ln D 2 dN N p pg nN D p dDP 2 1 2 D p ln g 2 ln 2 g
粉尘 固体粒子
烟尘 固、液微粒 烟 固粒微粒
>1
0.01~1 <1 <1 ~0.5 <1
烟雾 液滴、固粒 烟炱 固粒微粒 霾 液滴、固粒
燃烧过程、冷凝、化 影响人体健康 学反应 凝集、化学反应 湿度小时有吸水性，降低 能见度，影响人体健康
四、气溶胶对人体健康的影响
非硫酸的硫引起的肺气流的阻力 100 硫酸的硫引起的气流的阻力
各种硫酸盐气溶胶粒子的相对危害能力
粒子种类 H₂SO₄ η 100 粒子种类 Zn （NH₃） ₃SO₄ (NH₄) ₂SO₄ η 33 粒子种类 Fe₂ (SO₄) ₃ NH₄SO₄ η 26
ZnSO₄
19
10
3
CuSO₄ MnSO4
2 -0.9
FeSO₄
0.7
Na₂SO₄
0.7
第二节 气溶胶的粒径谱分布
dS 单位：m 2 m 1 cm3 dDp dV 单位：m 3 m 1 cm3 dDp
3 e N


n y D p

6
2 ns Dp Dp nN Dp
N D3 p nN D p

S m
基于对数的谱分布函数
p 2 3 2 p e N