[發(fā)明專利]一種亞微米微粒超聲波增強(qiáng)凝并效應(yīng)測試系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510853423.2
• 申請(qǐng)日: 2015-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN105334143A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫在;汪晗;蔡志良;王威威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N15/00
• 分類號(hào): G01N15/00;G01N15/02;G01N15/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空氣污染物測試裝置和方法，具體涉及一種氣溶膠亞微米微粒超聲波增強(qiáng)凝并效應(yīng)的測試系統(tǒng)和分析方法。

背景技術(shù)

隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，加上室內(nèi)裝修和裝飾材料的污染，空氣源已成為影響人體健康的隱形殺手。人類68％的疾病與空氣污染有關(guān)；世界衛(wèi)生組織把室內(nèi)空氣污染列為18類致癌物質(zhì)之首。全球污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市，有16個(gè)在中國。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和生活水平的提高，越發(fā)認(rèn)識(shí)到清潔空氣對(duì)人身健康的重要性。

目前在我國，氣溶膠顆粒物污染是絕大部分城市的首要污染物。顆粒物質(zhì)(PM)是由酸類、有機(jī)化學(xué)、金屬、和土壤或塵埃粒子組成的顆粒和液滴。人們根據(jù)顆粒的產(chǎn)生及在人體呼吸道沉積位置將顆粒分為3類：超細(xì)微粒(顆粒直徑＜＝0.1μm)，亞微米顆粒PM1(0.1μm＜＝顆粒直徑＜1μm)，粗顆粒(顆粒直徑＞＝1μm)。大多燃燒源PM2.5并非直接生成，而是由超細(xì)微粒經(jīng)過凝并以及一系列大氣化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成。

亞微米顆粒物通常并非直接生成，而是由納米級(jí)和超細(xì)微粒經(jīng)過凝并以及一系列大氣化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成。亞微米顆粒物的擴(kuò)散性能不如超細(xì)微粒，重力沉降速度又不如微米級(jí)顆粒物。對(duì)于任何凈化除塵裝置來說，亞微米顆粒物都是除塵的難點(diǎn)。又由于其粒徑覆蓋可見光波長范圍(0.4～0.8μm)，亞微米顆粒物能夠吸收太陽光中的可見光，是影響大氣能見度的主要因素，高濃度的亞微米會(huì)直接導(dǎo)致霧霾天氣的形成。因此，研究亞微米的凈化機(jī)理，對(duì)分析霧霾天氣的形成以及設(shè)計(jì)新型空氣凈化裝置具有重要意義。

亞微米顆粒物由于粒徑比較超細(xì)微粒大，在空氣里的傳輸過程中，會(huì)同時(shí)發(fā)生擴(kuò)散沉積、重力沉降與凝并的現(xiàn)象，這里沉降與沉積的不同點(diǎn)僅在于沉降是在重力作用下，顆粒物附著到物體朝上的表面或壁面，也可以籠統(tǒng)稱為沉積。亞微米顆粒物的沉積是在布朗運(yùn)動(dòng)、重力、熱泳力、以及靜電力作用下撞擊到壁面的現(xiàn)象，很難直接測量；凝并是細(xì)微顆粒物之間相互碰撞而團(tuán)聚形成新的顆粒物的現(xiàn)象。從目前的研究來看，要想有效清除亞微米顆粒物，傳統(tǒng)的除塵技術(shù)如慣性碰撞、攔截、過濾以及靜電作用效果都不大，其除塵效率在0.1～1μm的粒徑范圍往往呈現(xiàn)一個(gè)倒V型。因?yàn)椋鄬?duì)超細(xì)微粒的擴(kuò)散沉積，亞微米顆粒物的擴(kuò)散系數(shù)偏小，相對(duì)微米級(jí)顆粒物的重力沉降速度同樣偏小。可以考慮采取的一個(gè)有效思路是通過引入超聲波對(duì)空氣的震蕩作用，增加亞微米顆粒物的碰撞，以致發(fā)生凝并作用，其粒徑增加至微米級(jí)，常規(guī)的除塵技術(shù)就可以發(fā)揮作用。在引入超聲波改變其粒徑譜的過程中，需要評(píng)估凝并作用的大小，主要指標(biāo)就是平均粒徑大小，這是超聲波發(fā)射器的安裝、數(shù)量的設(shè)計(jì)依據(jù)，并對(duì)設(shè)計(jì)新型空氣凈化器非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的設(shè)計(jì)一種亞微米微粒超聲波增強(qiáng)凝并效應(yīng)測試系統(tǒng)及分析方法，具體技術(shù)方案如下：

一種亞微米微粒超聲波增強(qiáng)凝并效應(yīng)測試系統(tǒng)，主要包括氣溶膠發(fā)生器、Kr-85中和器、超聲波發(fā)射器、凝并發(fā)生箱、真空泵、粒徑譜測試儀、電腦、通訊電纜、環(huán)境溫濕度及壓力測試儀、各種連接管道及閥門。真空泵通過一個(gè)閥門連接到凝并發(fā)生箱，產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)的流動(dòng)壓力。氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生亞微米級(jí)的氣溶膠微粒，通過管道進(jìn)入Kr-85中和器進(jìn)行電荷中和化處理；處理后的氣流進(jìn)入凝并發(fā)生箱，上部安裝了超聲波發(fā)射器，產(chǎn)生超聲波促凝并效應(yīng)。粒徑譜測試儀通過閥門切換可以測量超聲波效應(yīng)前后的顆粒物粒徑分布，所測得數(shù)據(jù)通過通訊電纜傳輸?shù)诫娔X；環(huán)境溫濕度及壓力測試儀放置在箱體內(nèi)檢測箱體內(nèi)的溫度、濕度及壓力。

本發(fā)明通過氣溶膠發(fā)生器生成多分散的氣溶膠微粒，氣溶膠微粒生成數(shù)量的多少可由氣溶膠發(fā)生器控制。

所述的氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的微粒數(shù)濃度范圍在0～10⁸個(gè)/cm³，

所述的粒徑譜測試儀測量的細(xì)微顆粒物濃度范圍在0～10⁸個(gè)/cm³，測量的顆粒物粒徑范圍在5nm～1μm，粒徑譜分段數(shù)在32個(gè)以上。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：1)凝并發(fā)生箱體潔凈：關(guān)閉氣溶膠發(fā)生器及通道閥門，打開HEPA閥門，啟動(dòng)真空泵，并啟動(dòng)粒徑譜測試儀監(jiān)測凝并箱體內(nèi)顆粒物數(shù)濃度的同時(shí)，從外部進(jìn)入的空氣經(jīng)過HEPA凈化后進(jìn)入箱體內(nèi)，當(dāng)粒徑譜測試儀監(jiān)測到箱體內(nèi)數(shù)濃度接近于零的時(shí)候，可以認(rèn)為密閉箱體已經(jīng)被凈空，這時(shí)關(guān)閉真空泵以及連接閥門，關(guān)閉HEPA通道閥門，關(guān)閉粒徑譜測試儀。