气溶胶界面热力学和动力学过程的FTIR研究.pdf

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1、气溶胶界面热力学和动力学过程的FTIR研究冷春波2015年06月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540气溶胶界面热力学和动力学过程的FTIR研究作者姓名冷春波学院名称化学学院指导教师张韫宏答辩委员会主席葛茂发申请学位工学博士学科专业环境工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月FTIRStudyonthermodynamicsanddynamicsofaerosolinterfacialinteractionsCandidateName:Chun-BoLengSchoolorDepartment:ChemistryFacultyMentor:Pro

2、f.Yun-HongZhangChair,ThesisCommittee：Prof.Mao-FaGeDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor:EnvironmentalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教

3、育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要由于大气污染的加剧，大气气溶胶对空气质量、能见度、人类健康及气候变化的影响日益重要。气溶胶吸湿性、成核、传质、界面平衡及界面反应动力学等方面的研究，能够为气溶胶引起的大气气候变化、人体健康和大气污染提供基础数据。本文主要应用傅里叶变换红外光谱技术（FourierTransformInfraredSpectroscopy，FTIR），研究几种无机或有机组分的吸湿性、气液平衡等热力学过程及成核、传质、

4、界面反应等动力学过程，取得了以下主要成果：1、真空型傅里叶变换红外光谱技术（vacuum-FTIR）结合压力方波系统，开展了MgSO4、(NH4)2SO4气溶胶液滴的吸湿性及成核动力学的研究。在脉动相对湿度（relativehumidity,RH）变化条件下，本方法不仅能提供气溶胶样品中组分浓度的时间分辨信息，同时能得到气相环境中RH变化的时间分辨信息，时间分辨率可达亚秒级。对(NH4)2SO4气溶胶液滴体系，脉动RH变化条件下，液滴的浓度始终与RH处于平衡状态。首次在远低于风化点的RH（<35%）、高过饱和度（(lnS)-2<0.4）条件下得到了(NH4)2SO4颗

5、粒的非均相成核速率。对MgSO4气溶胶液滴的研究表明，水的传质控速步骤决定于RH范围：40%

6、本研究将气相色谱法（GC）/傅里叶变换红外光谱法（FTIR）与气泡柱（BubbleColumn）技术相结合，对大气中挥发性、半挥发性有机物在溶剂中的溶解分配进行研究。对烃类（异戊二烯，柠檬烯，蒎烯）、醇类（芳樟醇）和胺类（丙胺，丁胺，三甲胺，三乙胺，二丙胺，烯丙胺，4-甲基吗啡啉）进行了亨利常数测量。首次得到了不同温度条件下上述化合物在纯水中的KH值。其中烃/水的K-2-1-11-1-1H在10molLatm数量级，醇/水的KH在10molLatm数量级，胺/水的K13-1-1H在10-10molLatm数量级（矫正pH后在中性偏酸的环境中的KH4-108molL-1

7、atm-1数量级）。考察了溶剂对KpH=5.6在10H的影响，研究表明，由于盐析作用离子强度的增加对KH有抑制作用，有机溶剂因其与有机溶质的相互I北京理工大学博士学位论文作用增强而对KH有增大作用。由上述不同温度条件下的KH值可以进一步得到相应的摩尔溶解焓（SolutionEnthalpy，ΔHsol）和达到气-液平衡的特征时间，利用这些数据，估算了上述各有机化合物在不同含水量的云中的比例，研究表明，烃类和醇类更倾向于停留在气相中，胺类绝大部分会停留在凝聚相中。3、应用衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术（FTIR-ATR）对不饱和有机化合物芥酸（Eru