[发明专利]用于选择性纯化气溶胶的方法

说明书

本发明涉及一种用于选择性净化气溶胶的方法。本发明在于静电收集存在于气溶胶中的所有颗粒，但采用将一方面用于通过单极离子扩散使颗粒带电以使最细颗粒带电然后收集最细颗粒的机制、与另一方面用于通过电晕放电使颗粒带电以使最大颗粒带电然后在与用于收集最细微粒的基板不同的基板上收集最大颗粒的机制分离。

技术领域

本发明涉及净化可能含有悬浮颗粒的气溶胶的领域。

本发明的目的是改进通过静电沉淀来净化气溶胶的方法，以允许根据气溶胶中的悬浮颗粒的尺寸而同时但选择性地收集所述悬浮颗粒，选择性优选地旨在收集并且同时分离微米尺寸的颗粒和纳米颗粒。

根据标准ISO TS/27687的标准定义来理解“纳米颗粒”：纳米对象，其三维尺寸是纳米尺度的，即具有小于约100nm的标称直径的颗粒。

背景技术

自20世纪70年代以来，对气溶胶引起的环境和健康影响的认识一直是新技术发展的来源，以便更好地评估相关风险。

该领域在20世纪80年代迅速扩大，以包括在高科技生产方法中使用气溶胶和控制超洁净气氛中的气溶胶污染。

从20世纪90年代开始，对超细颗粒(即小于100纳米的那些)的性质以及气溶胶对气候的影响的研究更加密集。因此，该领域非常广泛，因为它同时涵盖工业卫生、空气污染控制、吸入毒理学、大气物理和化学以及装置或环境中的放射性气溶胶污染的领域。

最近，纳米技术在诸如健康、微电子、能源技术或日常消费品(例如油漆和化妆品)等各种领域中迅速发展，意味着继续研究这些新材料对健康和环境的影响至关重要，以便确保最佳的安全条件。

因此，需要开发方法和工具来评估工作者、消费者和环境对颗粒的暴露，特别是对纳米颗粒的暴露。

因此，用于在大范围颗粒尺寸(至多纳米尺寸)内取样和分析气溶胶的方法和装置的开发是在公共卫生和预防相关风险方面的关键问题。

具体而言，取样装置的开发可能证明是必不可少的，其适合于便携式并且固定为用于制造纳米物体或处理纳米材料或使用后者的工作站的工作者的工作服的单元。

存在许多用于取样和收集气溶胶中的悬浮颗粒的装置，以便在现场或在实验室中分析它们。它们可以通过在纤维或多孔膜上过滤来实施收集，通过扩散收集最细颗粒，在惯性力场(冲击器、旋风器、离心机)或重力场(沉降室、洗脱器)的作用下收集最大颗粒，或甚至在电力场、热力场或辐射力场的作用下收集。

在这些装置中，通常使用静电的装置，即其工作原理是基于实现电场，特别是用于产生电晕放电效应的强电场。

当存在气溶胶颗粒的体积中产生强电场时，所述颗粒可以通过两个不同的带电机制来带电，并且这可以同时发生。

出版物[1]，特别是该出版物的第330页的图15.4，显示了与场带电机制相关的单极离子扩散带电机制适用于宽范围的粒径，至少对于尺寸在0.01和10μm之间的颗粒是适用的。同样清楚的是，单极离子扩散带电机制对于最细颗粒(通常是纳米颗粒，即小于100nm的那些)尤其占优势。相反，场带电机制对于大颗粒(即微米尺寸和亚微米尺寸的颗粒(≥300纳米))更有效。

作为实例，如果颗粒的电迁移率(用Z表示)被认为是大约1cm²/st.V.s(用CGS静电单位表示)，即为3.3×10^-7m²/V.s(用SI单位表示)，于是置于产生10⁵V/m的电场E的两个平的平行板之间的该颗粒达到等于乘积Z*E的速度W，即W约为0.033m/s。可以明显看出，静电力产生的速度远远高于颗粒受到的其它力场，即重力场、惯性场、热场和辐射场。这种优势在可市售的静电净化器的操作中加以利用，其中扩散带电和场带电过程可以一起起作用。