[发明专利]一种黑碳分离装置和分离方法

说明书

本发明公开了一种黑碳分离装置和分离方法。包括第一储气瓶、第二储气瓶、石英炉、石英样品管和温控仪，所述的石英炉包括壳体和壳体中的石英加热管，在石英加热管上覆盖有加热丝，在石英加热管右端的设有出气口，该出气口与设在壳体上的出气管相连，在石英加热管的左端设有供石英样品管插入的入口，入口端与石英样品管固定连接，石英样品管与左端的壳体形成气体进入腔室，所述的气体进入腔室通过管道穿过壳体分别与第一储气瓶、第二储气瓶相连，在石英样品管的左侧壳体上设有盖子，所述的温控仪的传感器设于石英加热管上，加热丝与温控仪相连，所述的石英样品管的两端具有孔。本发明能高效分离黑炭，从而为实施减排策略的制定提高参考依据。

技术领域：

本发明属于地球化学领域，具体涉及一种黑碳分离装置和分离方法。

背景技术：

碳质气溶胶(carbonaceous aerosols，CAs))的黑碳(BC)或称为元素碳(EC)主要来自化石燃料或生物质的不完全燃烧，是大气气溶胶的主要成分，占大气气溶胶的20％-80％。黑碳(BC)可导致显著的环境、气候和健康效应，是当前环境领域的研究热点(Fuzziet al.,2006；Schwarz et al.,2015；Szidat,2009；Szidat et al.,2004b；Szidat etal.,2009)。大气一次污染源包括自然源和人为源，自然源包括地面扬尘、火山爆发、森林火灾燃烧物等，人为源包括流动源和固定源，流动源主要是交通源，固定源包括家庭燃烧(煤、油等)、垃圾焚烧和工业活动(金属冶炼、铸造、石油精炼、炼焦厂等)及其他(木炭烧烤、烹饪)。一般来说，二次有机气溶胶相对容易与BC分开，例如用水或有机溶剂萃取；在一次排放燃烧产物中较难从BC中除去不溶性有机碳。详细研究BC的来源对于实施减排策略的制定等都有具有重要意义。

碳同位素(¹⁴C)分析是揭示BC化石和非化石来源的有力工具(Currie,2000；Szidat,2009；Szidat et al.,2009)(Gustafsson et al.,2009；Kirillova et al.,2013；Liu et al.,2013a；Zencak et al.,2007a；Zhang et al.,2019)。但是，在碳质气溶胶中有机碳(OC)和黑碳(BC)之间没有明显的分界线，BC的定义和量化取决于所采用的技术方法(Elmquist et al.,2006)。目前，最常用的分离和量化OC/EC的方法是热光法。这种方法分两个阶段，第一阶段在无氧的氦气中加热，气溶胶样品中的一部分OC(例如蔗糖)将会焦化为热解碳(PyC)；第二阶段在He/O₂混合气下加热，期间通过可见激光的透射率/反射率监测热解碳的形成，并且在激光信号返回其初始水平(OCEC分割线)之前释放出的碳被定义为OC部分，而这条线后释放的碳被认为是EC部分(Birch and Cary,1996；Chow et al.,1993)。研究报道中，在不同研究组之间所采用不同的热光法温度协议以及复杂的样品基质，因此在实验结果比较中存在较大差异的问题(Cavalli et al.,2010；Chow et al.,2007)。最近国际比对实验表明，OC和BC的量化结果取决于所应用方法，但目前科学界尚未就达成一个国际一致的参考方法(Chiappini et al.,2014；Chow et al.,2001；Panteliadis et al.,2015)。因此，碳同位素(¹⁴C)技术应用的一大挑战是解决用于碳同位素分析的BC分离方法问题。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供一种能够分离出黑炭的黑碳分离装置。