O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.     

煤粉燃烧火焰区域内形成的亚微米颗粒电镜研究

煤粉燃烧火焰区域是燃烧过程中温度最高的区域,同时也是温度梯度、组分浓度梯度最高的地方,以及还原和氧化气氛交错存在等复杂环境,这种环境对亚微米颗粒初始形成阶段有着重要的影响,对该区域形成的PM1进行研究有助于深入理解PM1的形成机理.本文基于25 kW一维下行炉内对自维持燃烧的煤粉火焰区域,通过两级稀释水冷等速取样系统和ELPI(荷电低压撞击分离器)系统对颗粒物进行分级收集,以及电镜分析技术,获得PM1的质量和数浓度粒径分布,以及各粒径主要成分分布,并进行单颗粒分析.结果表明火焰区域中形成的亚微米颗粒以含碳物质为主,碳烟、碱金属和硫对超细颗粒有富集的趋势.该区域的亚微米颗粒同时存在多种复杂的形成机理.     

煤粉与煤焦燃烧时颗粒物的生成特性研究

在实验室沉降炉中进行煤粉热解制焦、煤焦燃烧及煤粉燃烧实验,研究了煤焦燃烧过程对颗粒物生成的影响.研究发现,煤焦燃烧生成的PM1和PM10浓度均低于煤粉燃烧时,说明热解制焦过程对PM1和PM10生成的影响很大;随着温度由1073 K升至1573 K,煤焦燃烧生成PM1浓度与煤粉燃烧生成PM1浓度之比减小,而PM1-10之...     

ICP-AES分析不同锌浓度培养下锌镉超累积植物遏蓝菜的元素计量变化

锌镉超累积植物遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)是重要的重金属污染土壤修复植物,但环境Zn浓度是否会影响该植物对其他元素的吸收,进而影响土壤养分的平衡,此前并不清楚.研究采用可同时测量多种元素的ICP-AES技术,分析高、中、低Zn浓度(5,50和500μmolL-1)多元素营养液培养的遏蓝菜中Zn,Cd,K,P,Mg,Ca,Fe,Mn,cu等元素的计量变化特征.结果显示,随着Zn供给浓度的升高,遏蓝菜根和茎叶的Zn含量都显著增加,高Zn培养的遏蓝菜茎叶和根的Zn含量比低Zn培养条件分别增加12和19倍;但植物茎叶中其他八种元素的含量均无显著变化,即在应用遏蓝菜修复Zn污染的土壤时,不会造成K,P,Mg,Ca,Fe,Mn,Cu元素从土壤中被植物过量带走而出现养分失衡.     

燃煤源PM_(10)的CCSEM单颗粒分析

借助计算机控制扫描电镜(CCSEM)技术实现了对PM_(10)和PM_(2.5)的单颗粒物化特性分析。选用一种典型无烟煤在沉降炉内开展燃烧实验,分别收取PM_(10)和全灰。通过将CCSEM所测全灰中灰颗粒的几何粒径换算为空气动力学直径,发现全灰空气动力学直径为0.5~10μm的细颗粒与低压撞击器(LPI)收取的PM_(0.5-10)的物化性质较相似。随后对全灰中细颗粒的CCSEM单颗粒分析表明,PM_(0.5-2.5)的矿物组成与PM_(2.5-10)、全灰相差较大,其Fe硅铝酸盐、混合硅铝酸盐等成分的含量为三者最大,而莫来石相成分含量为三者最低。相比PM_(2.5-10)和全灰,PM_(0.5-2.5)中Fe分布在莫来石相成分中的比例最小。     

煤燃烧中无机矿物向颗粒物的转化规律

为深入理解燃煤颗粒物的形成机理,利用计算机控制扫描电镜技术对煤及其颗粒物中的无机矿物进行了详细表征,研究了煤燃烧过程中主要矿物向颗粒物的转化规律.结果表明煤中粘土矿物由于含有K、Na、Ca、Mg和Fe等杂质元素,容易在较低温度下发生熔融和聚合,从而使颗粒粒径变大.黄铁矿在燃烧中易发生分解、破碎而使颗粒粒径减小,Fe氧化物与硅酸盐发生反应形成富Fe硅酸盐.方解石和铁白云石在高温条件下分解生成对应的氧化物,也可与硅酸盐发生反应形成富Ca或富Fe硅酸盐.石膏在燃烧过程中会经历脱水和分解反应,生成的CaO可与SO3和熔融硅酸盐发生竞争反应.     

分光光度法研究可吸入性颗粒物的吸收特性

探讨用紫外可见光分光光度法研究采样在滤膜上的粗颗粒(PM10-2.5)和细颗粒(PM2.5)的光学吸收特性.结果表明:细颗粒质量虽小,但对光的吸收比粗颗粒贡献大,而粗颗粒对某些波长的光吸收特征非常明显.     

褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物中碱性金属分布特性

通过沉降炉燃烧实验,研究了褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物的生成和碱性金属元素在颗粒物中的分布特性.结果表明,燃烧气氛由O2/N2燃烧转变为O2/CO2燃烧时,亚微米颗粒物的生成量减少,但超细颗粒量增加.气氛对碱性金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内.与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度下O2/CO2燃烧时所生成亚微米颗粒物中碱性金属向小粒径颗粒中富集.O2/CO2气氛下,低氧浓度燃烧时碱性金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献大,而增加氧浓度其在亚微米颗粒物中质量份额则减小.     

鼻腔滴入Fe2O3细颗粒在小鼠嗅球中的微区分布及对其他微量元素的影响

用同步辐射X射线荧光(SRXRF)微区扫描分析技术研究了经鼻吸入三氧化二铁(Fe₂O₃)细颗粒后, Fe在小鼠嗅球中的分布及其对Ca, Zn, Cu等其他微量元素分布的影响.研究发现经鼻吸入40 mg/kg体重Fe₂O₃(60—200nm)细颗粒, Fe可以通过鼻粘膜在小鼠嗅球中富集. 小鼠嗅球切片中Fe的浓度比对照组升高了20%.通过SRXRF微区扫描分析发现, Fe在嗅球的嗅神经纤维层(ON)、突触小球层(Gl)和前嗅核外部(AOE)的 浓度比对照组显著升高, 表明Fe₂O₃颗粒已经由初级嗅神经进入到嗅球小球层, 进而沿次级嗅神经进入前嗅核外部(AOE).同时, 吸入Fe₂O₃细颗粒还使小鼠嗅球中Ca浓度比对照组分别升高了12%, Zn的浓度则下降了17%, 而Cu的浓度与对照组接近, 但Cu在嗅球各层中的分布发生了明显变化. 升高的Ca主要分布在嗅神经层和小球层.实验组嗅神经层、小球层和外丛层(EPl)中Cu的浓度与对照组相比有显著升高, 而在前嗅核外侧部(AOL)、前嗅核外部(AOE)、副嗅球颗粒细胞层(GrA)和副嗅球(AOB)层中浓度降低了. 说明进入脑嗅球组织中的Fe已经对脑组织中微量元素的含量和分布产生了影响.     

ICP-MS和ICP-AES用于北京雾霾天气PM_(2.5)来源解析研究

研究北京市冬季雾霾天气可吸入细颗粒物(PM2.5)中化学组成及来源。采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)与电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)分析2013年1—2月北京某城区采集获得的PM2.5样品,通过测试其中40种元素的总量分析了PM2.5元素污染特征,并辅以绝对主因子分析法对雾霾天气PM2.5的污染来源进行解析。研究观察期间,Li,Mn,Pb,S等23元素体积浓度近似正态分布,参考我国环境空气质量标准,As含量几何均值超过参考限值的2倍,部分PM2.5样品Pb的24h浓度均值超过参考年均限值。从各元素含量所占颗粒物的质量分数来看,Fe,Zn,Pb,Ti等含量超过0.1%,是PM2.5中的主要重金属离子,Mn,Cu,As,Se等含量超过颗粒物质量分数0.01%,是PM2.5中的重要的无机金属污染物,这些金属成分来源及健康影响值得重视。本研究应用ICP-MS和ICP-AES测试结果进行PM2.5来源解析,因子分析法选定了6个主要污染源类型,分别为"工业粉尘与人为活动污染源"、"生物质燃烧和建筑尘污染源"、"土壤及风沙扬尘源"、"化石燃料污染源"、"电子废弃物污染源"和"区域性迁移污染源",其方差贡献率分别为40.3%,27.0%,9.1%,4.9%,4.8%和4.6%。ICP-MS和ICP-AES用于PM2.5中多元素准确、快速分析及获得多组分有效监测数据具有明显优势,可用于PM2.5污染来源解析。本研究为相关部门在制定减排控污和人群健康影响的预防控制政策时,解析相应污染成分的来源,并采取针对性措施加以管理和控制提供了科学依据,提示应重视雾霾污染源区域性迁移效应。