气溶胶物理与化学
气溶胶化学
3.3.4 粒 径 分 布 与 气 溶 胶 的 物 理 、 化 学 性 质 之 间 的 关 系 3.3.4.1 光学性质
dI be x I I：光强；x：光程；be：消光系数，由气体、气溶胶引起；
be = bs（光散射）+ ba（光吸收） = bsp（粒子） + bsg（气体） + bap + bag
+ CO2 +
H2O
（3）H2SO4、SO42-、NO3-、NH4+
(NH4)2SO 4(s) H2SO 4(l) + NH3(g) H2SO 4 + NH4NO3(s) NH4HSO 4 + HNO3(g) HNO3(g) + NH3(g) NH4NO3(s) HNO3(g) + NaCl(s) NaNO3(s) + HCl 3 NO + H O + 2 NaCl 2 NaNO (s) + 2 HCl(g) + NO 2 2 3 SO 2
3.3 气溶胶化学 3.3.1 定义与含义
总悬浮颗粒物（total suspended particulates，TSP）：用标准 大容量颗粒采样器（流量在1.1~1.7m3/min）在滤膜上所收集到的 颗粒物的总质量，是分散在大气中的各种粒子的总称。
是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。其粒径大小，绝大 多数在100 m以下，其中多数在10m以下。
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ln 0.02 视程：日光下水平方向上能区分黑色目标物与背景的最远距离 V be
对可见光
对城市大气 bsp bsp>>bsg be = bsp
大气气溶胶的来源及其对气候变化的影响
大气气溶胶的来源及其对气候变化的影响气溶胶是指在空气中悬浮存在的微小颗粒物质，包括固态和液态物质。
它们具有多种来源，对气候变化产生重要影响。
一、自然来源自然的气象和地质过程是大气气溶胶的主要来源之一。
火山喷发会释放大量的气体和气溶胶，其中包括二氧化硫、微小气溶胶颗粒和硫酸盐等。
这些气溶胶颗粒会散布到大气中，遮挡太阳辐射，导致地球表面温度下降，引发全球性的气候变化。
此外，植物和海洋也是自然气溶胶的重要来源。
树木释放挥发性有机物质，如萜烯和萜烯醇，形成植物胶体气溶胶。
这些气溶胶可以作为云凝结核，影响云的发展和云的辐射特性。
海洋表面的气溶胶主要来自海洋生物活动和海浪的破碎过程。
这些气溶胶颗粒可以在大气中持续时间较长，影响云的形成和降水过程。
二、人为来源人为活动造成的气溶胶排放是当前大气污染的主要原因之一。
工业生产、交通运输、能源消耗和农业活动都会释放大量的气溶胶。
燃煤是重要的气溶胶来源，其中包括二氧化硫、氮氧化物和颗粒物。
这些气溶胶会对大气的成分和物理特性产生显著影响，改变大气透明度和能量平衡，进而影响气候。
除此之外，人为源气溶胶也与气候变化紧密相关。
温室气体的增加会导致地球表面温度升高，从而影响气溶胶的形成和分布。
例如，大气中的气溶胶颗粒对太阳辐射有反射和散射作用，可以冷却地球表面。
然而，温室气体的增加会产生温室效应，抵消了气溶胶的冷却效应，导致地球变暖。
三、气溶胶对气候变化的影响气溶胶通过改变大气的物理和化学特性，对气候变化产生重要影响。
首先，气溶胶的反照率和散射特性会改变大气光学性质，影响太阳辐射的进入和散射。
这些过程会改变大气温度、湿度和大气环流模式，进而影响气候的变化。
其次，气溶胶直接或间接地与云的形成和性质有关。
一方面，气溶胶颗粒可以作为云凝结核，促进云的生成。
云覆盖会减少地球表面的太阳辐射，降低地面温度。
另一方面，云中的气溶胶会改变云滴的大小和分布，进而影响云的凝结和降水过程。
此外，气溶胶还可能通过影响降水量和模式改变大气和地表之间的能量平衡。
气溶胶
气溶胶灭火系统近年楼下作为哈龙替代技术之一的所了溶胶灭火技术发展较快，国内外研究人员对各类气溶胶及其应用技术进行了大量有效的研究、开发、并取得一定成果。
1.气溶胶分类气溶胶是指液体或固体的微细颗粒悬浮于气体介质中的一种物质。
按气溶胶悬浮物质存在的不同状态，可分为：分散性和凝聚性两类。
1.1分散性气溶胶（冷气溶胶）分散性气溶胶是通过固体或液体的雾化形成的，这种气溶胶在气溶胶灭火剂释放之前，气体介质和被分散介质是分别稳定存在的。
气溶胶灭火剂的释放即是气体分散液体或固体灭火剂，形成气溶胶的过程。
这种气溶胶属于非高温技术气溶，通常称“冷气溶胶”，主要包括细水雾灭火技术和超细干粉灭火技术。
1.2凝聚性气溶胶（热气溶胶）凝聚性气溶胶是通过过热蒸气的凝聚或气相中的化学反应形成的。
这种气溶胶灭火剂在反应前是以化学物质混合物的固体形态存在。
气溶胶灭火剂的释放是靠自身的燃烧反应，反应产物中既有固体又有气体，气体分散固体形成气溶胶。
这种气溶胶属于高温技术气溶胶，通常称“热气溶胶”。
目前我国消防行业的气溶胶产品都属热气溶胶范畴。
2.热气溶胶灭火剂的组成热气溶胶灭火剂的配方和工艺采用了固体火箭推进剂的原理，由氧化剂、还原剂和粘合物结合组成含能灭火剂。
3.气溶胶的灭火机理气溶胶的灭火机理是通过燃烧反应生成大量固体微粒气溶胶，这种微粒在火焰中可以熔化、气化和分解来吸热降温；还可以干预火焰燃烧链反应，终止火焰燃烧，起负催化作用。
4.气溶胶的安全性4.1气溶胶的温度由于第一代产品的影响，有人把降低气溶胶的温度作为主要问题，甚至以气溶胶出口处温度的高低作为衡量产品质量的主要指标，其实热气溶胶的特征之一就是温度，要把热气溶胶的温度降到很低甚至达到室温是不现实的。
因为要降低热气溶胶出口温度就必须采取降温措施，不管是采取物理方法还是用化学方法，都会在一定程度上影响灭火效率。
现出口处温度一般为不大于250℃。
4.2工作压力热气溶胶灭火剂是一种固体燃料混合物，平时常压贮存。
大气环境中二次气溶胶的形成与演化机制
大气环境中二次气溶胶的形成与演化机制二次气溶胶是指在大气中形成的颗粒物，其来源于大气中的气体和颗粒物的化学反应。
在大气中，二次气溶胶的形成与演化机制十分复杂，受到许多因素的影响。
本文将探讨大气环境中二次气溶胶的形成与演化机制，以及其对大气环境和人类健康的影响。
一、二次气溶胶的形成机制1. 气体相二次气溶胶的形成机制在大气中，气体相二次气溶胶的形成主要源于气体的化学反应。
例如，硫酸盐的形成是二次气溶胶非常重要的源头之一。
硫酸盐主要由二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等气体经过一系列复杂的反应生成。
此外，有机物的氧化也可形成二次气溶胶，如挥发性有机化合物（VOCs）和氧化剂反应生成有机气溶胶。
2. 气溶胶相二次气溶胶的形成机制气溶胶相二次气溶胶的形成机制与气体相类似，但反应速率更快。
当气体中的反应物接触到现有的颗粒物表面时，会发生吸附和反应，形成新的颗粒物。
此过程被称为气溶胶的核化过程。
核化过程主要由二次气溶胶前体物质的聚集和氧化反应驱动。
二、二次气溶胶的演化机制1. 大气输送和混合二次气溶胶的演化过程中，大气输送和混合起着重要的作用。
由于地理、气候和风向等因素的不同，不同地区的气溶胶浓度和组成也会有所不同。
大气输送和混合可以将气溶胶从其形成的源地输送到其他地区，并与其他气溶胶混合，从而影响其演化过程。
2. 物理和化学变化在大气中，气溶胶会受到物理和化学变化的影响，进而改变其形态和特性。
物理变化包括光化学反应、涂层形成和相变等，而化学变化则涉及物质的氧化、还原和聚合等。
这些变化会导致气溶胶的大小、形状和组成发生变化，进而影响其光学和化学特性。
三、二次气溶胶对大气环境和人类健康的影响1. 大气环境影响二次气溶胶的形成和演化过程会对大气环境产生重要影响。
首先，二次气溶胶可以改变大气辐射平衡，影响地球的能量收支。
其次，二次气溶胶对大气光学性质的改变会直接影响能见度和太阳辐射的传播。
此外，二次气溶胶还与云微物理过程紧密相连，影响着云的形成、发展和降水的过程。
气溶胶自动灭火装置工作原理
气溶胶自动灭火装置工作原理
气溶胶自动灭火装置是一种常见的灭火设备，其工作原理是利
用气溶胶喷射剂产生的化学反应和物理作用来达到灭火的效果。
当
火灾发生时，装置会自动感应到火灾信号，然后启动喷射装置。
首先，气溶胶自动灭火装置中的气溶胶喷射剂会在启动后迅速
释放出来，形成微小的气溶胶颗粒。
这些微小的颗粒具有很高的比
表面积，因此能够迅速吸收火焰周围的热量，并在火灾区域形成一
层浓密的灭火剂云雾。
其次，气溶胶颗粒中的化学成分会与火焰中的自由基和自由基
链反应中的活性物质发生化学反应，从而抑制火焰的燃烧过程。
这
种化学反应会使火焰的温度迅速下降，燃烧过程受到抑制，从而达
到灭火的效果。
此外，气溶胶颗粒的释放还会在火灾现场形成一层均匀的灭火
剂雾气，这种雾气能够有效地隔离氧气，从而削弱火焰的燃烧条件，达到灭火的效果。
总的来说，气溶胶自动灭火装置利用气溶胶喷射剂的化学反应
和物理作用，通过抑制火焰燃烧的过程和形成灭火剂雾气的方式，达到快速、有效地灭火的目的。
这种灭火装置在很多场所被广泛应用，如机房、电力设施、化工厂等，其灵敏度高、反应速度快、灭火效果好的特点使其成为一种可靠的灭火设备。
气溶胶
气溶胶科技名词定义中文名称：气溶胶英文名称：aerosol定义1：悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质的统称。
应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）定义2：悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质的统称。
应用学科：海洋科技（一级学科）；海洋科学（二级学科）；海洋气象学（三级学科）定义3：空气中的液态或固态微粒悬浮物。
应用学科：生态学（一级学科）；全球生态学（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布气溶胶成品气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。
它们能作为水滴和冰晶的凝结核（见大气凝结核、大气冰核）、太阳辐射的吸收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。
雾、烟、霾、轻雾（霭）、微尘和烟雾等，都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。
目录编辑本段一般说来，半径小于1微米的粒子，大都是由气体到微粒的成核、凝结、凝聚等过程所生成；而较大的粒子，则是由固体和液体的破裂等机械过程所形成。
它们在结构上可以是均相的，也可以是多相的。
已生成的气溶胶在大气中仍然有可能再参加大气的化学反应或物理过程。
液体气溶胶微粒一般呈球形，固体微粒则形状不规则，其半径一般为10-3～102微米。
粒径在10-1～101微米的气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等方面具有重要作用。
小粒径气溶胶的浓度受凝聚作用所限制，而大粒子的浓度则受沉降作用所限制。
微粒在大气中沉降的过程中，受的阻力和重力的作用达到平衡时，各种粒子的沉降速度不同。
编辑本段消除气溶胶的消除，主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。
气溶胶仪器编辑本段特性科学发明莱尔·达维·古德休美国气溶胶：凡分散介质为气体的胶体物系成为气溶胶。
它们的粒子大小约在100~10000纳米之间，属于粗分散物系。
气溶胶粒子是悬浮在大气中的多种固体微粒和液体微小颗直接喷射性气溶胶仪器粒，有的来源于自然界，如火山喷发的烟尘、被风吹起的土壤微粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒、细菌、微生物、植物的抱子花粉、流星自然产生的气溶胶天然气溶胶：云、雾、霭、烟、海盐等。
《气溶胶化学》PPT课件
苯并[a]芘 二苯并[a,h]蒽 苯并[g,h,i]苝 茚并[1,2,3-cd]芘
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❖分类：
2.按颗粒物的物理状态分: 固态：烟、尘 液态：雾 固液混合：霾、烟雾
3.按粒径大小分： 环境部门 大气科学(云降水物理)
8
(一) 环境部门
1. 总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的 颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径 多在100 μm以下，尤以10 μm以下的为最多。
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（一）离子成分
（4）其他的水溶性离子
a. Cl-：海盐粒子是大气颗粒物中Cl-的主要贡献者。 沿海地区大气颗粒物中的Cl-主要存在于粗粒子中； 化石燃料（煤）的燃烧也可以排放，存在于细粒子
中，使得燃煤取暖地区冬季细粒子中Cl-会产生富集。
b. Na+：海水中含量最高的阳离子，沿海地区中几乎 都来于海洋排放，存在于粗模态中。
大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。
（1）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后 沉降。
（2）湿沉降： ① 雨除 ：气溶胶作为CCN成为云滴中心，通过
凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T<0 ℃）即雪， 形成降雨/雪。 ② 冲刷：在降雨/雪过程中，雨滴将大气中的微 粒挟带或冲刷下来。
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❖ 重要性： 1. 化学 (干湿沉降,光化学烟雾,多相反应界面 etc.) 2. 气候效应 (直接气候效应及间接气候效应) 3. 环境质量（能见度） 4. 健康效应
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气溶胶的来源
大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为 自然源和人为源。
自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风 蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾 等。
S型气溶胶灭火原理
S型气溶胶灭火机理
S型气溶胶灭火装置中的固态灭火剂通过电启动，其自身发生氧化还原反应形成大量凝集型灭火气溶胶，其成分主要是N2、少量CO2、金属盐固体微粒等。
S型气溶胶灭火机理如下。
1、吸热降温灭火机理：
金属盐微粒在高温下吸收大量的热，发生热熔、气化等物理吸热过程，火焰温度被降低，进而辐射到可燃烧物燃烧面，用于气化可燃物分子和将已气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应速度得到一定抑制
2、化学抑制灭火机理：
（1）气相化学抑制：
在热作用下，灭火气溶胶中分解的气化金属离子或失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应，反复作用大量消耗活性基团，减少燃烧自由基。
（2）固相化学抑制：
灭火气溶胶中的微粒粒径很小（10-9～10-6m)，具有很大的表面积和表面能，可吸附燃烧中的活性基团，并发生化学作用，大量消耗活性基团，减少燃烧自由基。
3、降低氧浓度
灭火气溶胶中的N2、CO2可降低燃烧中氧浓度，但其速度是缓慢的，灭火作用远远小于吸热降温、化学抑制。
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课程名称：气溶胶物理与化学
Title: Aerosol physics and chemistry
课程编号：070602C02
Course Number: 070602C02
课程类型：专业必修课
Course Type:Required major course
学时：60
Units: 60 hours
学分：3
Credit:3
实用专业：大气物理和大气环境研究生
Designed for: Atmospheric physics and Atmospheric Environment
教学目的：本课程的目的是使学生了解有关气溶胶的物理和化学特性以及一些基本测量方法。
Objectives: The course is designed to make student understanding the physical and chemical principles of aerosol and instruments used to measure them.
对选课学生的要求：要求学生具有普通物理学和大气化学的基础知识。
Prerequisites: The student should have a good background in chemistry and physics and understands the concept of calculus.
主要内容：
Major Contents:
气溶胶对大气能见度、气候变化以及人类健康等有重要影响。
本课程论述了大气气溶胶的基本特征和测量方法。
主要内容包括气溶胶的排放和分布、布朗运动和扩散、碰并凝结和蒸发过程、电学和光学特性、气溶胶测量、干湿沉降、气溶胶化学以及气溶胶气候效应。
Aerosol particles affect visibility, climate, and our health and quality of life. This course covers the properties, behavior, and measurement of aerosol. The major contents include the emission and distribution of aerosol, Brownian motion and diffusion, coagulation, condensation and evaporation, electrical properties, optical properties, measurement of concentration, dry and wet deposition, aerosol chemistry, and climate effect of aerosol.
第一章绪论
Chapter 1 : Introduction
第二章大气气溶胶的排放与分布
Chapter 2: The Emission and Distribution of Atmospheric Aerosol
2.1 Properties of Size Distributions
2.2 Moment Averages
2.3 Weighted Distributions
2.4 The Lognormal Distribution
2.5 Log-Probablity Graphs
2.6 The Hatch-Choate Conversion Equation
2.7 Statistical Accuracy
第三章气溶胶运动
Chapter 3:Uniform Particle Motion
3.1 Newton’s Resistance Law
3.2 Stokes’s Law
3.3 Settling Velosity and Mechanical Mobility
3.4 Slip Correction Factor
3.5 Nonspherical particles
3.6 Aerodynamic Diameter
3.7 Settling at High Reynolds Number
3.8 Relaxation Time
3.9 Stopping Distance
第四章布朗运动与扩散
Chapter 4: Brownian Motion and Diffusion
4.1 Diffusion Coefficient
4.2 Particle Mean Free Path
4.3 Brownian Displacement
4.4 Deposition by Diffusion
4.5 Diffusion Batteries
第五章碰并，凝结与蒸发
Chapter 5: Coagulation, condensation and evaporation 5.1 Simple Monodisperse Coagulation
5.2 Polydisperse Coagulation
5.3 Kinematic Coagulation
5.4 Definitions
5.5 Kelvin Effect
5.6 Homogeneous Nucleation
5.7 Nucleated Nucleation
5.8 Condensation Nuclei Nucleation
5.9 Evaporation
第六章气溶胶电学与光学性质
Chapter 6: Electrical and optical properties of aerosol 6.1 Eletric Fields
6.2 Electrical Mobility
6.3 Charging Mechanisms
6.4 Equilibrium Charge Distribution
6.5 Definitions
6.6 Extinction
6.7 Scattering
6.8 Visibility
6.9 Optical Measurement of Aerosol
第七章气溶胶浓度测量
Chapter7: Measurement of concentration
7.1 Isokinetic Sampling
7.2 Sampling from Still Air
7.3 Gravimetric Analysis
7.4 Measurement of Number Concentration
第八章气溶胶气候效应
Chapter 8: Climate effect of aerosol.
8.1 Radiative Forcing
8.2 Direct Climate Effect of Aerosol
8.3 Indirect Climate Effect of Aerosol
教学方法：
Ways of Instruction:
课堂教学，文献阅读，课堂讨论，测试练习，读书报告
Course teaching, Paper reading, Class discussing, Exercise practicing, Report writing
教材及参考文献：
Textbooks and References:
章澄昌，大气气溶胶教程，气象出版社，1995
Zhang Chenchang，‘Course of Study Atmospheric Aerosol’,
William C.Hinds，气溶胶技术，1982
William C.Hinds，‘Aerosol Technology’,1982
任课教师：刘红年
Instructor: Liu Hongnian
考核方式：课堂汇报(20%),课堂测试(30%),读书报告(50%) Course Evaluation: Presentation(20%),Test(30%),Report(50%)
大纲撰写人：刘红年
Program Designer: Liu Hongnian。