显微成像法研究气溶胶液滴结晶动力学

介绍一个研究气溶胶液滴结晶过程的物理化学实验.该实验涉及到对气溶胶的潮解与风化概念的理解,光学显微镜和高速摄像仪的构造和使用,相关软件的运用,数据的统计、处理和分析,有利于增强学生的综合实践能力,加深对结晶学和动力学知识的理解.     

傅里叶变换显微红外光谱技术研究大气SO2/NO2与MgCl2单液滴的非均相氧化反应

硫酸盐是我国大气PM_(2.5)的重要成分之一,当前大气化学模型普遍严重低估雾霾期间大气硫酸盐的浓度,说明我们对SO_2大气转化机制的认识仍然不足。SO_2与NO_2在气溶胶微液滴内的协同氧化,被认定是一种硫酸盐颗粒物的关键额外来源。然而,在变化氛围(反应气体摩尔比、相对湿度)条件下,SO_2/NO_2与微液滴反应的关键动力学参数,目前仍然得不到准确的测定。本研究利用傅里叶变换显微红外光谱技术,在变化SO_2/NO_2摩尔比的条件下,原位测定了海盐气溶胶MgCl_2液滴中SO_4^(2-)与NO_3(2-)与NO_3^-浓度的时间演化。我们发现：MgCl_2单液滴与SO_2/NO_2反应生成了SO_4-浓度的时间演化。我们发现：MgCl_2单液滴与SO_2/NO_2反应生成了SO_4^(2-)和NO_3(2-)和NO_3^-,并且在SO_2/NO_2摩尔比为1∶5时SO_4-,并且在SO_2/NO_2摩尔比为1∶5时SO_4^(2-)的生成速率最快。本研究将为大气模型提供可靠参数,为制定有效的PM_(2.5)防控政策提供支撑。     

pH对内混丁二酸钠和硫酸铵颗粒反应的影响

采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术,研究了pH对1∶1丁二酸钠/硫酸铵(AS)气溶胶颗粒相内化学反应的影响。当液滴的初始pH分别为5.70,7.21和7.62时,相对湿度为70%的条件下停留随约三小时,结果表明,在停留时间内,丁二酸钠和含水量随着时间的增加逐渐减少,同时液态的硫酸根减少,一段时间后,硫酸钠晶体出现。通过比较发现随着pH的增大,反应速率加快,说明碱性条件促进此反应的进行。     

丙酮酸钠/氯化铵混合气溶胶的吸湿性和反应性

采用ATR-FTIR光谱法研究了不同OIRs(有机物与无机物的摩尔比)的丙酮酸钠/氯化铵混合气溶胶的吸湿性和反应性。结果表明,丙酮酸钠和氯化铵反应生成氯化钠、丙酮酸和氨气。当OIR=1∶2时,两次降湿过程的风化点分别为56.6%±2.5%和68.6%±2.5%,两次升湿过程的潮解点分别78.2%±2.5%和82.0%±2.5%。当OIR=2∶1时,两次降湿过程的风化点分别为58.4%±2.5%和62.5%±2.5%,由于第一次降湿过程反应完全,两次升湿过程的潮解点均为80.2%±2.5%。     

化学平衡的本质——浅谈混合熵对化学平衡的贡献

化学平衡是物理化学的重要内容之一。化学反应的等温方程式,给出了平衡常数与标准摩尔反应Gibbs自由能的关系。然而,仅从化学反应等温方程式还很难理解混合熵对化学平衡贡献的本质。本文建立了理想气体体系Gibbs自由能与反应进度的关系,给出了三个理想气体反应体系Gibbs自由能与反应进度的具体关系,分析了混合熵对化学平衡的本质贡献。     

利用不同的湿度调节方法研究醋酸镁气溶胶中水的传质过程

利用一种自制的湿度调节设备与真空红外光谱仪相结合, 提出了一种研究醋酸镁气溶胶的吸湿性和传质动力学的新方法。湿度调节装置通过改变纯水汽压力来调节样品室的相对湿度,这样可以实现湿度以不同的速度发生变化。与红外光谱手段相结合,湿度缓慢变化,让气溶胶时刻处于准稳态过程,可以研究气溶胶在热力学稳态的吸湿性质。湿度脉冲式改变,可以研究气溶胶的动态吸湿性质以及传质动力学过程。红外光谱的扫描方式随着湿度的改变速度进行调节。由于实验中的相对湿度由纯水气提供,因此通过对红外方光谱中纯水气的特征吸收峰面积的定量计算获得与光谱同步的相对湿度值。研究发现,当湿度稳定在一个高湿度时,醋酸根和液态水的峰面积在持续下降。并且首次发现经过一个准稳态的湿度循环后(1.05×104 s),在80%RH条件下,水峰面积由1.5降低至1.1。通过改变实验方案并对其结果进行对比可知,在高湿度条件下,醋酸镁发生水解,生成的醋酸由于样品室内的负压而挥发,因此引起气溶胶含水量下降。采用脉冲发式快速改变样品室的湿度,一个湿度脉冲循环需要10 s。计算脉冲循环过程中气溶胶的含水量发现,在湿度高于70%RH时,气溶胶含水量没有减少。但是加湿过程的水传输比去湿过程的水传输快。这些现象说明醋酸镁的水解速率小于湿度的脉冲改变速率。在湿度快速变化的过程中,气溶胶液滴表面难溶物的形成引起水传输发生受阻现象。     

新型金属-双二硫杂戊烯(M-BDT)配合物的合成、表征及X射线的指标化

合成了4个新型NiBDT配位化合物,BDT为具有9个S原子的杂戊烯.元素分析、IR谱、UV谱确定这4个新配合物的化学式分别为[(CH₃)₄N]₂[Ni(C₅S₉)₂](1),[(C₂H₅)₄N]₂·[Ni(C₅S₉)₂](2),[(C₄H₉)₄N]₂[Ni(C₅S₉)₂](3),[(C₆H₅)(CH₃)₃N]₂[Ni(C₅S₉)₂](4).采用Ito法对配合物1的X射线粉末图进行了指标化,确定该晶体属单斜晶系,简单晶格,晶胞参数:a=0.680nm,b=0.714nm,c=2.302nm,γ=111.4°,Z=2.     

脉动相对湿度方法观测由体相及界面控制的气溶胶传质过程

设计搭建了可以控制样品室内相对湿度发生脉动式变化的压力控制装置。将这种装置与真空红外快速扫描技术联用,采集的时间分辨傅里叶变换红外光谱可以提供在亚秒时间尺度内,脉动相对湿度的准确数值以及湿度变化过程中气溶胶颗粒的含水量。分析这些数据可以了解相对湿度脉动变化过程中气溶胶的动态吸湿特性。选择硝酸钠,硫酸镁和硝酸镁三种无机盐气溶胶为研究对象,比较了他们在相对湿度发生脉动变化和准稳态变化条件下的吸湿特性。结果发现,实验0.12 s的时间分辨率下不足以观察到水在硝酸钠气溶胶和环境之间的传质受阻过程。而对于老化的硫酸镁气溶胶颗粒,胶态的形成减缓了水的扩散速率,体相传质成为速控步骤。对于老化的硝酸镁气溶胶颗粒,由于在颗粒表面难溶物的生成和富集,使得界面水的传质速率成为气溶胶与环境发生传质的决定性因素。这证明脉动压力变化装置与快速扫描真空红外联用可以有效便捷地观测区分体相和界面控制的气溶胶传质过程。     

温度和压力对化学反应方向和化学平衡的调控

根据一般化学反应方程式,给出了理想气体化学反应Gibbs自由能随反应进度变化的关系式。该式由3部分组成,第1部分对应于标准压力和给定温度下,反应物和生成物摩尔生成Gibbs自由能之和随反应进度的变化,是化学反应的温度调控项;第2部分对应于压力对Gibbs自由能的贡献,是压力调控项;第3部分是混合熵的贡献,是决定化学平衡的重要因素。因此,一个化学反应,向什么方向进行,进行到什么程度,可以通过温度和压力的调控来实现。以合成氨和工业合成气为例,讨论了如何利用压力和温度的调控,实现反应方向和平衡的控制。     

臭氧、二氧化硫与不饱和脂肪酸的非均相化学反应的研究

利用傅里叶变换显微红外光谱仪(micro-FTIR)研究臭氧、二氧化硫与不饱和脂肪酸(UFAs)之间的非均相化学反应。通过分析实验光谱发现,臭氧和二氧化硫在油酸和亚麻酸的油膜上都能发生反应,生成含有羟基和酯基官能团的臭氧化物以及硫酸等产物。油酸与亚麻酸的分子结构是比较相似的,但是不饱和程度不一样,油酸含有一个双键,而亚麻酸含有三个C=C双键。从实验结果中明显可以看出亚麻酸反应后的臭氧化物较多且反应速率快。