大气环境化学第五章 气溶胶化学.ppt

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 2. 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 3. 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 4. 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 第二节 气溶胶的粒径谱分布 一.气溶胶的粒径谱分布函数 2. 幂指数分布 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 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. 均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中； 2. 在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大； 3. 由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大； 4. 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。 以上过程虽属于物理过程，但实际上都以化学反应为推 动力。 均相成核：当某物种的蒸汽在气体中达到一定过饱和度时， 由单个蒸汽分子凝结成为分子团的过程，称为均相成核。 在无来作用力的情况下，液体都有缩小其表面积的趋势 在各种形状的物体中，以球形的表面积和体积比为最小，所 以液滴均呈球形。 1. 未饱和状态：由于分子碰撞形成了胚芽，这种胚芽仍会 由于蒸发（自发过程）而难以稳定存在。 2. 过饱和状态：存在一个临界半径，S（过饱和度）越大，临界胚芽的粒径越小，所产生的临界胚芽数目越多，越容易自发成核。随着S的增大，会使成核速率增大。 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。在有各种水溶性物质存在 或有现成的亲水性粒子存在时，常比纯水更容易成核，形成 胚芽。 新粒子生成现象特征：3~10nm或20nm核膜态颗粒物数浓 度急剧增高，生成的新粒子是纳米级超细颗粒物。是由于低 挥发性气态物质在大气中冷凝成核长大的过程。 成核之后的分子簇经过初始增长和冷凝蒸汽冷凝增长， 进而可以作为云的凝结核。成核过程和初步增长过程可能是 彼此分离的过程。 成核理论： 二元成核：硫酸-水体系 三元成核：氨-硫酸-水体系 离子成核：对于均相成核，分子簇优先在离子周围形成，离 子加速了过饱和蒸汽的成核速率。大气中离子连续生成，无 处不在，可以由宇宙射线、放射性元素衰变、发光、电晕放 电等形成 对流层气溶胶主要来自于人类活动，化学组分可以分为 无机组分和有机组分，包括：硫酸盐、铵盐、氯盐、微量金 属、含碳物质、地壳元素和水等。 无机组分可以分为水溶性离子组分和水不溶性组分（地壳物 和痕量元素等）；有机组分包括有机碳（脂溶性和水溶性有 机物）和元素碳。 细粒子：硫酸盐、铵盐、有机碳和元素碳及某些过度金属 粗粒子：地壳元素（Si，Ca，Mg，Al和Fe）、生物有机物 （花粉、孢子、植物碎屑等） 硝酸盐在细粒子和粗粒子中都存在，硝酸盐细粒子通常来自 硝酸和氨反应生成的硝酸铵；粗粒子硝酸盐主要来自于粗粒 子与硝酸的反应。 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。 1. 水溶性二次粒子组分