[发明专利]一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器

说明书

本发明涉及一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器，其特征在于：该反应器包括长径比为50‑100的内管、可抽拉进样管、进样口密封端盖、出样口密封端盖和可抽拉采样管；其中，所述内管的一端是进样端，所述内管的另一端是出样端；所述内管包括可调节进样位置的进样区、成核区和可调节采样位置的采样区一体化的三部分；进样端位于进样区，出样端位于采样区；进样区的进样端设置有进样口密封端盖，可抽拉进样管与进样口密封端盖配合使用；采样区的出样端设置有出样口密封端盖，可抽拉采样管与出样口密封端盖配合使用。本发明可用来研究气溶胶成核的动力学，具有可连续调节反应时间、壁损失小、易操作、易重复实验、易维护的特点。

技术领域

本发明属于大气化学实验研究领域，具体涉及一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器。

背景技术

灰霾问题是近年来我国面临的严重环境问题。灰霾本身是一种气溶胶，其中PM2.5，即分散于空气中的直径小于或等于2.5微米的液体或固体气溶胶颗粒，目前已经成为大气环境的主要污染物。大气气溶胶颗粒对地球大气循环系统有重要的影响，包括空气质量，天气，全球气候，生态系统以及公共健康。其中，气溶胶通过直接辐射作用和气溶胶-云相互作用即间接辐射强迫作用影响气候，政府间气候变化专门委员会报告指出，间接辐射强迫依然是评估气候变化方面最大的不确定性因子。气溶胶主要来源有一次粒子和二次粒子，大气中3-7nm(或者10nm等)颗粒物的数浓度随着时间变化急剧增加，这一个过程被称为“新粒子生成(New Particle Formation,NPF)”。全球有超过一半的云凝结核来自于新粒子生成。大气新粒子生成过程通常包括两个关键阶段：首先，低挥发性气体分子，比如硫酸，克服能量势垒形成临界分子团簇的成核过程，临界核是团簇尺寸阈值对应的的临界团簇，在该阈值以上的团簇将更可能增长而不是蒸发。紧接着是是临界分子团簇自发增长成为纳米尺寸颗粒物的增长过程。分子水平的成核过程，通常通过氢键作用形成可能含有单一或多个物种的稳定分子团簇(小于3nm)，是理解新粒子生成机理的关键。获得成核机制，即何种气态物质可以参与成核、具体化学途径如何，关键要素就是获得成核前体物、中间物、产物的组分和结构、成核条件和成核速率，实验室模拟、外场观测、理论计算就是将这些要素连在一起的手段。

气溶胶成核过程是目前环境科学家和化学家们的研究热点，但由于气溶胶凝结核的颗粒很小，难以捕捉，因此对于气溶胶的成核机制研究仍然存在很多争议和空白。二次气溶胶形成的研究传统上使用烟雾箱实验装置，通过控制氧化剂、VOCs等浓度于环境条件一致，随着时间推移，检测不同气相和颗粒相成分和浓度变化。烟雾箱实验适用于反应相对缓慢的系统。比如，蒎烯类等BVOC光氧化过程、生物质燃烧和光氧化产物等。烟雾箱实验往往存在一些限制，一般烟雾箱壁损失较严重，实验对痕量气体化学的研究往往在远大于真实大气浓度的条件下进行，这严重局限了反应结果应用于化学机制推断。而湍流流动管可以忽略反应气体的壁损失，非常适用于动力学研究。工欲善其事必先利其器，发明和搭建出反应时间可控的、秒量级内的湍流流动管反应器是气溶胶成核实验研究的基础和重要一步。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，深入研究气溶胶成核的动力学过程，提供一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器。

本发明采用的技术方案如下：

一种可连续调节反应时间的气溶胶成核湍流流动管反应器，其特征在于：该反应器包含长径比为50-100的内管、可抽拉进样管、进样口密封端盖、出样口密封端盖和可抽拉采样管；其中，所述内管的一端是进样端，所述内管的另一端是出样端；所述内管包括可调节进样位置的进样区、成核区及可调节采样位置的采样区一体化的三部分；进样端位于进样区，出样端位于采样区；进样区的进样端设置有进样口密封端盖，可抽拉进样管与进样口密封端盖配合使用；采样区的出样端设置有出样口密封端盖，可抽拉采样管与出样口密封端盖配合使用。