气溶胶分布及成核
气溶胶的化学成分与环境影响
气溶胶的化学成分与环境影响随着人类社会的不断发展，环境问题越来越引起人们的关注。
而在环境问题中，气溶胶的成分与相关影响也逐渐被人们所重视。
气溶胶（aerosol）是指在空气中悬浮的由固体和/或液体颗粒组成的混合体系。
气溶胶的大小可以从纳米到亚毫米不等，分布在大气中的高度也不同。
相较于其他污染物，气溶胶的组分与源头极为多样化，其中包含了颗粒、气体、液体等，形成了非常复杂的混合物。
因此，了解气溶胶成分与成因原理对于减轻环境污染至关重要。
一、气溶胶的成分1. 碳：碳是气溶胶中最常见的成分之一，不同来源呈现出不同的化学形态。
例如，与燃烧有关的黑碳（BC）、溅射碳（SOA）以及积累碳（OA）等。
其中，BC是一种典型的人工来源气溶胶物种，由于其吸收太阳辐射能力极高，因此也是全球变暖的罪魁祸首之一。
2. 硫：硫（S）也是气溶胶中常见的组分之一，它与二氧化硫（SO2）的来源紧密相关。
通过不同机制（如科雷奇剥蚀和海盐喷溅等）而被排放到大气中，之后在大气中氧化，生成硫酸与硫酸铵等化合物。
与硫相关的物质还包括硫酸脂等，它们通常是人工污染源排放物的产物。
3. 氮：氮（N）是气溶胶中最丰富的元素之一。
氮的来源主要包括交通污染、人造肥料、排放物的燃烧等。
在大气中，氮氧化与挥发是氮至少有可能的化学途径。
氮化物发生的反应会导致氮含量的降低。
4. 矿物：矿物颗粒是气溶胶中最大的一类颗粒，由尘卷贝分解制成。
矿物颗粒的尺寸通常为数十至数百微米。
它们与其他气溶胶相比，具有较低的气溶胶光学活性和资料强度。
但是，在空气质量方面，它们的至关重要。
二、气溶胶的环境影响气溶胶的化学成分与环境影响密不可分。
不同的气溶胶成分与来源，会导致不同的环境影响。
以下我们将从气候影响和空气污染两个方面来分析气溶胶的环境影响。
1. 气溶胶与气候变化气溶胶对全球气候变化的影响是非常复杂的。
它们可以通过吸收或反射太阳辐射，使大气对于太阳能的吸收改变。
此外，气溶胶所含有的湍流水分子还会影响云的形成与演变，从而改变云辐射特性和热力作用，进而影响气候。
气溶胶化学-u
第十三页，编辑于星期日：十九点 二分。
第七节 气溶胶化学
大气中常见的H2SO4雾滴进入人体后，能附着在肺泡上刺激肺泡，
增加气流阻力使呼吸困难，引起肺水肿和肺硬化，严重的将导致死亡， 故硫酸雾的毒性要比气体SO2毒性高10倍以上。此外，细粒子危害较大
不仅表现在可吸入性上，还在于其有毒污染物在细粒子中的含量大大高于
• 为大气中的化学反应提供良好的反应床，甚至气溶胶中的某 些化学成分（如微量金属）还能对化学反应起到催化作用；
• 此外，大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子， 危害人体健康
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第七节 气溶胶化学
大气气溶胶研究动向
• 大气气溶胶的表征研究 • 气溶胶的大气化学过程研究 • 气溶胶与气候变化的研究
此外，在日常生活中或根据各种学科的需要，人们还定义了专门 的名称，如粉尘、烟、灰、雾等等。
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第七节 气溶胶化学 气溶胶粒子对人体的危害
气溶胶粒子的状态、大小、组成及运动方式等均与人们的生活、健康密切相关，飘 浮在空气中的气溶胶小粒子很容易被人吸入并沉积在支气管和肺部。
目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。 空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度的密度为1 g/cm3的球体直径。
DpDgKp/0
Dg ——几何直径， K ——形状系数，当粒子为球形时，K = 1.0.
ρp ——忽略了浮力效应的粒密度，
ρ0 ——参考密度(1g/cm3) 从上式可以看出，对于球状粒子，ρp对Dp是有影响的。当ρp较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大 气粒子满足ρp≤10，因此Dp和Dg的差值因子必定小于3。
气溶胶形成原理和环境变化反应解析
气溶胶形成原理和环境变化反应解析随着工业化进程的加快和人类活动的增加，大量的气溶胶物质被排放到大气中。
气溶胶是由固体或液体微细颗粒悬浮在气体中形成的混合物，具有重要的环境影响。
了解气溶胶的形成原理以及在环境中的变化和反应对于理解大气污染、气候变化以及人类健康等问题具有重要意义。
气溶胶的形成原理涉及颗粒物的生成、成长和减少等过程。
颗粒物的生成通常发生在气相中，由于大气中存在着多种气态异构体，如气体分子、离子、自由基等，这些异构体可以在大气中相互反应形成固体或液体颗粒。
具体而言，颗粒物的生成主要包括核生成和二次成核两个过程。
核生成是指在大气中形成微小颗粒的过程。
这种颗粒通常由多种气态物质聚结而成，聚结的方式主要有两种：化学聚结和物理聚结。
化学聚结是指由气态异构体之间的化学反应引起的聚结过程，例如氧化反应、硝化反应、硫化反应等。
物理聚结是指由于颗粒碰撞或吸附导致的聚结，这种聚结通常发生在较高浓度和较大颗粒的情况下。
在核生成过程中，气溶胶的大小称为原生粒子。
原生粒子的大小通常介于1 nm至10 nm之间。
然而，这些原生粒子尺寸太小，很容易因为分子热运动而失去稳定性，因此会出现剧烈的变化。
在一定条件下，原生粒子会进一步增长形成较大的气溶胶粒子，这个过程称为二次成核。
二次成核是由于颗粒间的聚集和凝聚导致的，主要受气溶胶颗粒的浓度、温度和湿度等参数的影响。
除了气溶胶的形成过程，气溶胶还会受到环境变化和反应的影响。
首先，气溶胶的浓度和大小可以随着大气环境的变化而变化。
例如，当大气中湿度较高时，气溶胶颗粒可以吸附水分并增长大小。
此外，气溶胶的变化还受到气象条件的影响，如风速、气温等。
其次，气溶胶还能参与大气化学反应。
这些反应可以改变气溶胶的成分和特性，并对环境产生重要影响。
例如，气溶胶颗粒在大气中与其他气体发生反应，可以产生硝酸盐、硫酸盐等物质，这些物质对气候和空气质量具有重要影响。
同时，气溶胶颗粒中的有机物质也可以参与光化学反应，产生大量的臭氧和其他氧化物，从而对人体健康产生负面影响。
气溶胶
影响人体健康
凝聚过程、化学反应 湿度小的时后有吸水性， 其它方面与烟效应相同
三、气溶胶源和汇 --气溶胶来源
天然源、人为源
（按颗粒物形成机制）气溶胶
一次气溶胶粒子、二次气溶胶粒子 一次气溶胶粒子
天然污染源和人为污染源释放。
二次气溶胶粒子
大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间， 或与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化 反应或其它化学反应转化生成的颗粒物。
表面积分布曲线（峰值 ） 0.25m
大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模。
由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，粒 度为0.005~0.05m，属于核模型。
粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气 凝结气而长大的，属于积聚模型。
以上颗粒物合称为细粒(小于2m)
10
气溶胶源和汇—气溶胶天然来源
一次气溶胶粒子天然源 地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、
森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、 袍子等。
二次气溶胶粒子天然源
森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）--光化学反应--产生微小 颗粒；与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由H2S、SO2经氧 化生成的硫酸盐；由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。
一 气溶胶粒子成核过程
SO2转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下： 1. SO2气体的氧化g) mH 2SO4 nH2O
3.粒子成长过程
mH 2SO4 nH2O H 2SO4 其它气体、固体微粒 硫酸盐粒子
（液相硫酸雾核）
粒子（液体）
（固体）
二、气溶胶的分类
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类： ✓ 固态气溶胶——烟和尘； ✓ 液态气溶胶——雾；
002.6大气环境化学 -气溶胶化学.大气颗粒物
空气动力学等效直径（Dp） 在气流中，如果所研究的颗粒物（任意密度
和形状）与一个单位密度的球形颗粒物的空气 动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就 定义为所研究颗粒物的Dp。
Dp DgK p o
Dp表示所研究的粒子有相同终端降落 速度的密度为1的球体。
气溶胶粒子的成核是通过物理和化学过程形成的。 气体经过化学反应，向粒子转化过 程从动力学角度 上分为四个阶段
均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中 在细粒子表面，经过多相气体反应，使粒子长大 由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大 通过干沉降(重力沉降或与地面碰撞后沉降)和湿沉
降(雨除和冲刷)过程而清除
nm
PM2.5 PM10 100 m m 1 m m 10 m m
Whitby的三模态模型
<0.05μm, 爱根核模(aitken) 0.05μm≤Dp≤2μm, 积聚模(accumulation mode) >2μm，粗粒子模(coarse particle mode)
热蒸汽 冷凝
风沙
0.5~2.5
天 森林火灾
然 海盐粒子
来 火山灰
源
H2S、NH3、NOx、HC 转化
0.01~0.5 3.0
0.25~1.5 3.45~11.0
小计
7.21~18.5
沙石（农业活动）
人 露天燃烧
为
直接排放 来
源
SO2、NOx、HC 转化
小计
总计
0.5~2.5 0.02~1.0 0.1~0.9 1.75~3.35 2.37~7.55 9.58~26.05
可吸入粒子(inhalable particles或IP)，易于通过 呼吸过程而进入呼吸道的粒子, 国际标准化组织 (ISO)建议将IP定为粒径DP≤10 μm的粒子
大气气溶胶
二、气溶胶粒子的分布：
气溶胶粒子的浓度分布受地理位置、地形、地表 性质、人类居住情况、距污染源的远近程度、气象条 件的影响，所以，不同地方浓度分布不一样。
2.5 大气气溶胶
气溶胶原意是指悬浮在气体中的固体和（或） 液体微粒与气体载体组成的多相体系。
五、微生物、孢子、花粉等有机物质点
六、宇宙尘埃
如流星
2.5.3 气溶胶粒子在大气过程中 的作用
一、在云雾降水中的作用
气溶胶粒子起着凝结核、冰核、凝冻核、凝华核 的作用，使云雾滴能够产生并长大，形成云雾降水。
二、对大气辐射过程的影响
气溶胶粒子能吸收和散射太阳辐射，削减到达地面 的能量，减低低层大气的温度。
大气中含有悬浮着的各种固体和液体粒子，例如 尘埃、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉， 以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子。
所以可以把空气看成是一种气溶胶。 习惯上大气气溶胶是指大气中悬浮着的各种固态 和液态粒子（霾、飘尘、烟雾、冰晶、云雾滴、雨滴、 雪花、霰、冰雹等）。
气溶胶粒子 浓度的水平分布
五、在大气化学过程中的作用
气溶胶粒子在大气的许多化学过程中起作用，造成 严重的大气污染事件。如阳伞效应
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大气气溶胶的阳伞效应
二、烟尘及工业粉尘
人类活动产生的气溶胶粒子的浓度有明 显的日变化： ◇清晨，浓度最大； ◇中午前后，浓度最小 ◇黄昏，浓度海沫破裂产出海盐水滴，蒸发干涸形成巨核 和爱根核。
四、气-粒转化
爱根核由大气中微量气体转化而来。如so2经光化 学氧化作用，高温下能生成硫酸盐微滴，蒸发后成为 硫酸盐质点。
气溶胶是什么
气溶胶是什么1、气溶胶是指一种胶体分散体系，具体是指由小固体颗粒或小液体颗粒悬浮分散在气体介质中形成的气体分散体系。
在这种分散体系中，分散相是固体或液体的小颗粒，而分散质是气体。
就拿生活中常见的例子来说，天空中的云，燃料燃烧形成的烟，都是各种各样的气溶胶。
这种气溶胶的消除主要依靠大气降水的过程，经过小分子分散相的碰撞、凝聚和组合，然后以降水的形式沉降下来。
2、气溶胶的分类。
根据不同的分类标准，气溶胶可以分为许多类别。
具体分类方法如下：根据产生方式的不同，气溶胶可分为自然产生和人工产生。
其中，自然产生的气溶胶包括天气溶胶和生物溶胶。
常见的天气溶胶包括烟、云、雾等。
而常见的生物溶胶是指颗粒中含有生物大分子或微生物的溶胶。
人类活动产生的气溶胶包括工业气溶胶和食用气溶胶。
工业气雾剂包括农和洗涤剂，食用气雾剂包括搅拌奶油。
延伸阅读气溶胶是什么1.什么是气溶胶：稳定分散悬浮在气体中的微小液体或固体颗粒称为气溶胶。
之所以翻译成“胶”，是指粒子和介质是粘的，不可分的。
也许每个人都有过这样的经历：走在楼道里甚至路上，明明周围几十米内没有人，但还是能闻到烟味。
我们闻到的其实是烟草燃烧形成的颗粒。
颗粒越小，空气粘度越明显。
微米级的颗粒像空气中的芝麻一样分散在蜂蜜中，沉降速度较慢。
1微米颗粒在静态空气中的沉降时间可达1小时以上。
但是环境中总是有麻烦，所以这些颗粒几乎从不沉降，一直停留在空气中。
这就是为什么吸烟者早已消失，烟味依然久久不散。
什么是气溶胶传播：2.液滴核的大小在亚微米到微米的范围内，所以液滴核可以长时间悬浮在空气中，借助空气湍流飘得很远。
如果滴核中有冠状病毒，吸入体内，可能会导致感染。
除了打喷嚏、咳嗽、说话产生的气溶胶外，人体排泄也会产生气溶胶。
由于新冠肺炎病患者粪便中存在病毒核酸(rna)，因此粪便中可能存在病毒。
病毒也可能通过这种气溶胶传播。
即使感染者只是正常轻轻呼吸，肺部长期在做大量雾化，雾化颗粒极小。
气溶胶【范本模板】
气溶胶本节内容要点：气溶胶的定义、分类、源、汇、粒径分布、气溶胶粒子的化学组成、气溶胶的危害、气溶胶污染源的推断等1）气溶胶的定义和分类气溶胶(aerosol)是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。
微粒的动力学直径为0。
002～100μm。
由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小，因而它们不象气态分子那样服从气体分子运动规律，但也不会受地心引力作用而沉降，具有胶体的性质,故称为气溶胶。
实际上大气中颗粒物质的直径一般为0.001～100μm;大于10μm的颗粒能够依其自身重力作用降落到地面，称为降尘；小于10μm的颗粒，在大气中可较长时间飘游,称为飘尘。
按照颗粒物成因不同，可将气溶胶分为分散性气溶胶和凝聚性气溶胶两类。
分散性气溶胶是固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶。
凝聚性气溶胶则是由气体或蒸汽(其中包括固态物升华而成的蒸汽）遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形成的气溶胶。
例如二氧化硫转化成硫酸或硫酸盐气溶胶的过程如下：●二氧化硫气体的氧化过程● 气相中的成核过程(液相硫酸雾核）在过饱和的H2SO4蒸气中，由于分子热运动碰撞而使分子(n个）互相合并成核,形成液相的硫酸雾核.它的粒径大约是几个埃。
硫酸雾核的生成速度，决定于硫酸的蒸气压和相对湿度的大小。
●粒子成长过程硫酸粒子通过布朗运动逐渐凝集长大.如果与其他污染气体（如氨、有机蒸气、农药等）碰撞,或被吸附在空中固体颗粒物的表面，与颗粒物中的碱性物质发生化学变化，生成硫酸盐气溶胶。
根据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类:(1）固态气溶胶--烟和尘；(2）液态气溶胶--雾；(3)固液混合态气溶胶——烟雾(smog)。
烟雾微粒的粒径一般小于1 μm （见表2—13)。
气溶胶按粒径大小又可分为：(1)总悬浮颗粒物（total suspended particulates或TSP），用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1～1。
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颗粒物的生成和增长过程
成核理论的原理及适用条件
二元成核理论
低温、高湿、 大气中已存 在的颗粒物 比较少、硫 酸蒸气浓度 比较高
三元成核理论
粒子诱导成核
给出足够高 的成核速率， 可以合理的 解释在海岸 地区所观测 到的高成核 速率事件
大气离子参与 成核，提高了 成核速率，用 于解释目前观 测值和理论值 之间的差别。 成功的预测了 飞机排放气溶 胶的演变
式中：A、b、B、c四个参数是正数
与幂指数定律数谱分布函数相比，Γ谱分布很繁琐
气溶胶粒子的三模态及其特性
气溶胶粒子的三模态
爱根核膜 积聚模 粗离子膜
粒径小于 0.05um的
粒子
粒径在 0.05-2um
范围的粒子
粒径大于 2um的粒 子
三模态的主要形成和去除机制
来源：燃烧过程所 产生的气溶胶粒子、 二次粒子 特点：易“老化” 碰并：即在已有颗 粒物上化学转化生 成的冷气冷凝后生 长
➢在干净地区和污染大气中均 观测到了新粒子发生的现象。
➢不同性质的大气中观测到的 新粒子发生的特点不同
新粒子发生时，核膜态粒子数 浓度急剧增加
随着时间的推移，颗粒物不断 长大，在夜晚停止生长并维
持 稳定
Thank you
大气颗粒物的粒度分布
等效直径
光学等效直径
体积等D效ia直gr径am 或几3 何直径
空气动力学等效直径
Diagram 4
空气动力学直径（Dp）
D p Dg K
p 0
式中：Dg——几何直径 ρp——忽略了浮力效应的粒密度 ρ0——参考密度（ρ0=1g/cm3） K——形状系数，当粒子为球状时，K=1.0
幂指数定律
• 德国科学家junge在总结了大量实验观测结果的基础上， 于1963年首先提出以“幂指数定律”来表示数分布函数， 其数学表达式为：
Junge分布简洁明了，但只适用于0.1-10um粒径 范围内的数浓度谱分布，可以很好地拟合城市气溶 胶数谱分布。
修正的Γ谱分布
Deirmendjian于1969年提出用修正的Γ谱分布，近似描述环境 大气气溶胶数谱分布：
这就是为什么在大、 小液滴同时存在时，小 液滴往往不易长大而易 蒸发、消失，但大液滴 却不断长大的原因。
气溶胶粒子的非均相成核
非均相成核：当有外来粒子作为核心时，蒸气分子凝结在 该核心表面的过程
新粒子生成
成核理论
水-硫酸 均相成核
水-硫酸-氨 均相成核
离子诱 导成核
低蒸汽压 有机化合物 均相成核
均相成核-由气体分子形成新核
均相成核：当某物种的蒸气在气体中达到一定过饱和度时， 由单个蒸气分子凝结成为分子团的过程
能量最低原理：气体分子若能形成新核，必须在成核后使 体系能量降到最低，只有这样，新核才能稳定
胚芽初期形成的可能性
未 饱 和 状 态
当e（H2O蒸汽压）<es （饱和蒸汽压）时，ΔGT 随着r（粒子半径）的增 大而增加，即ΔGT>0。 根据热力学原理，在等温、 等压条件下，ΔGT>0的 过程为非自发过程。因此， 利于r的增大，即不利于 胚芽的自发形成。在这种 情况下，即使由于分子碰 撞形成了胚芽，仍然会由 于蒸发（自发过程）而难 以稳定存在。
气溶胶的分布及成核作用
刘培 硕920 3109019003
目录
1 气溶胶的粒径分布 2 大气气溶胶谱分布函数的经验描述 3 气溶胶粒子的三模态及其特性 4 气溶胶粒子的成核作用
气溶胶的定义
气溶胶：液体或固体微粒均匀的分散在气体中形成的 相对稳定的悬浮体系。
固体或液体微粒：通常称为颗粒物或粒子，是指空气 动力学直径为0.003-100um的液滴或固态粒子。
过
饱
当e>es时，那么ΔGT可能大于零，也可能小于零。初始阶
和
段，随r的增加ΔGT有所增大。当r=r*时，ΔGT 达到最大
状
ΔGT*；当r继续增大时，ΔGT反而减小。r*称为临界半径，
态
这时胚芽称为临界胚芽
s和RH与对r*的关系
S——过饱和度 RH——相对湿度
从图中可以看出，半 径为0.01um的小液滴要 与环境达到不稳定的平 衡，就需要相对湿度为 112.5%或过饱和度为 12.5%。而半径为1.0um 的小液滴与环境达到不 稳定平衡时，只要求 100.12%的相对湿度或 0.12%的过饱和度。
从上式可见，对于球状粒子，ρp对Dp是有影响的。当ρp 较大时，Dp会比Dg大。由于大多数大气粒子满足ρp≤10， 因此Dp和 Dg的差值因子必定小于3。
大气气溶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谱分布函数的经验描述
1 对数正态分布 2 幂指数定律 3 修正的Γ谱分布
对数正态分布
典型城市气溶胶数谱分布、表面积谱分布和体积谱分布
来源来：源机：械爱过根程核所膜的 造成凝的聚扬、尘蒸、汽海冷盐凝、 溅沫凝、聚火、山各灰种和气风体分 砂等子一转次化气成溶的胶二粒次气 子 溶胶 去除去方除式方：式干：沉不降易被 和雨干水、冲湿刷沉降出去，
主要通过扩散去除
粗、细粒子之间的相互作用
由于气溶胶老化， 使积聚模的体积 浓度有很大增长， 对粗粒子体积的 影响却相对较小
各模态粒子之间的相互作用
由上表可以看出，核膜与积聚模之间的凝聚作 用超过核膜之间的凝聚作用。粗膜与粗膜之间 的凝聚作用以及积聚模与粗膜之间均可忽略
气溶胶粒子的成核作用
成核过程=物理过程+化学过程
均相成核或非均相成核，形成细粒子分散在空气中 在细粒子表面，经过多相气体反应使粒子长大
由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子继续长大 通过干沉降和湿沉降（雨除或冲刷）清除