Producción y medición de la materia orgánica de partículas en un Reactor de tubo de flujo

Los reactores de tubos de flujo se construyen para imitar los procesos de producción de partículas orgánicas atmosféricas, y se utilizan para estudiar el mecanismo, los procesos y la caracterización de las partículas. La ventaja de utilizar un reactor de tubo de flujo es que permite la síntesis rápida de partículas de aerosol en una amplia gama de número de partículas y concentraciones de masa. Para la configuración presentada aquí, el reactor del tubo de flujo está equipado con un inyector móvil que puede tomar muestras de partículas orgánicas en diferentes puntos de tiempo dentro del reactor de flujo.

La materia particulada que sale del tubo de flujo es analizada por varios tipos de técnicas en línea y fuera de línea, incluyendo un dimensionador de partículas de movilidad de escaneo y un espectrómetro de masas de partículas de aerosol. Y también tomará muestras en filtros de partículas. El tubo de flujo es una plataforma de reactor adecuada para realizar experimentos posteriores al análisis y análisis rápidos en línea y fuera de línea de las partículas producidas.

Las partículas atmosféricas han sido parte de los efectos del clima, la salud humana y la visibilidad. Sin embargo, el mecanismo de producción de partículas orgánicas sigue siendo insuficientemente caracterizado y no es astuto. Un enfoque para resolver este problema es utilizar un reactor de tubo de flujo para realizar estudios de laboratorio que nos ayuden a entender la formación y el mecanismo de reacción de las partículas orgánicas.

El reactor del tubo de flujo consta de tres partes. La primera parte del experimento del tubo de flujo es la inyección de precursor orgánico. El sistema de inyección consta de tres elementos.

Una bomba de jeringa, una jeringa de vidrio y una bombilla de vidrio de tres lag. La solución orgánica se inyecta continuamente utilizando la bomba de siring en la bombilla de vidrio, y luego se vaporiza. A continuación, el vapor se frota en el tubo de flujo donde se producen reacciones para producir una población de partículas.

La segunda parte del reactor del tubo de flujo consiste en el propio tubo de flujo y también un tomamuestras móvil. El tomamuestras móvil puede controlar el tiempo de residencia de las partículas dentro del tubo de flujo de tres segundos a 42 segundos, por lo tanto nos ayuda a estudiar el mecanismo corrosivo para estas partículas orgánicas y también nos ayuda a cambiar el mecanismo bruto entre la coagulación y el crecimiento de condensación. La última parte del sistema del reactor del tubo de flujo son los instrumentos que analizan las partículas orgánicas.

Tenemos el dimensionador de partículas de movilidad de escaneo y el analizador de masa de partículas de aerosol para estudiar la concentración de masa numérica y también estudiar la forma de las partículas que salen del tubo de flujo. Los protocolos para realizar el experimento del tubo de flujo se muestran a continuación. Inyección de fase gasal del reactor del tubo de flujo.

Dependiendo del propósito de los experimentos, una amplia gama de compuestos orgánicos volátiles se pueden utilizar como el precursor orgánico para el experimento. El pineno alfa se utiliza aquí como ejemplo para el procedimiento de inyección del precursor orgánico en el reactor del tubo de flujo. Utilice una microtubo para retirar un mililitro de pineno alfa y luego transfiera el líquido a un matraz volumétrico de cincuenta mililitros.

Utilice dos butanol para llenar el matraz volumétrico a cincuenta mililitros diluyendo así el pineno alfa en una proporción de uno a 49. Agitar el matraz volumétrico para mezclar el disolvente y el soluto a fondo. Utilice una jeringa de cinco mililitros para retirar la solución de pineno alfa.

Enjuague la jeringa tres veces con la solución y luego llene toda la jeringa. Retire las burbujas de la jeringa. Conecte la jeringa a una aguja afilada y, a continuación, mueva la jeringa a un inyector de jeringa.

Inserte la punta de la aguja en el matraz inferior redondo para vaporizar la solución. Precaliente el matraz del vaporizador a 135 más o menos uno grados Celsius ajustando la potencia de la cinta de calentamiento. Ajuste la velocidad del controlador de flujo de masa a 5 litros estándar por minuto.

El propósito es introducir un flujo suave de 5 litros estándar por minuto de aire purificado para vaporizar y llevar alfa pineno inyectado de la jeringa. Encienda el inyector de la jeringa y ajuste la tasa de eyección a un valor establecido por el usuario. Flujo pasivo de aire a cuatro litros estándar por minuto a través de un generador de ozono.

Encienda el generador de ozono. Controle la concentración de ozono a los valores adecuados ajustando la longitud del tubo de vidrio que protege la lámpara UV dentro del generador. Encienda el monitor de concentración de ozono.

Realizar los experimentos después de que la concentración de ozono se estabilice. Producción de partículas del reactor del tubo de flujo. Desenrosque la tapa al final del reactor del tubo de flujo para ajustar la posición del tubo de toma de muestras móvil dentro del reactor del tubo de flujo.

Cambie las diferentes posiciones del tubo de toma de muestras móvil posteriormente para lograr diferentes tiempos de residencia. Coloque el tomamuestras móvil al principio del reactor del tubo de flujo para obtener el tiempo de residencia más corto. Coloque el tomamuestras móvil al final del reactor del tubo de flujo para obtener el tiempo de residencia más largo.

Casa el reactor del tubo de flujo en una caja de doble pared controlada por temperatura, con camisa de agua, de acero inoxidable. Realice una comprobación de fugas y una comprobación del nivel del agua antes de cada conjunto de experimentos. Ajuste la temperatura del termostato en el circulador de agua a 20 grados centígrados.

Encienda el software de grabación de temperatura en el ordenador principal y establezca el tiempo de muestreo de datos en 10 segundos. Registre la temperatura medida desde el sensor de temperatura al encender el botón de grabación. Encienda el software del monitor de presión y ajuste el intervalo de muestreo a 10 segundos.

Establezca la longitud de muestreo en 36.000 puntos. Caracterización de la población de partículas producidas del reactor del tubo de flujo. Conecte la salida del reactor del tubo de flujo a un dimensionador de partículas de movilidad de escaneo mediante tubos de resistencia electrostática.

Inicie el software que registra la distribución del diámetro del número. Cree un nuevo archivo y cada parámetro en los valores adecuados. Registre las distribuciones de diámetro numérico de las partículas que salen del reactor del tubo de flujo haciendo clic en el botón Aceptar.

Conecte las dos entradas de un burbujeador de agua a dos controladores de flujo de máscara para ajustar la humedad del aire de vaina en el tubo de flujo. Ajuste el caudal de las dos entradas de cero a 10 litros estándar por minuto para cambiar la humedad relativa del aire de cobertizo de menos del 5% a más del 95% Conecte la salida del burbujeador de agua a la entrada de aire de la sonda Nafion. Conecte la salida del reactor del tubo de flujo a la entrada principal de muestreo del tubo Nafion.

Conecte un sensor de humedad relativa a la salida del tubo Nafion. Para medir la humedad relativa del aire de muestreo. Conecte la salida de la configuración del control de humedad relativa a la entrada de un analizador de movilidad diferencial.

Conecte la salida del analizador de movilidad diferencial a la entrada del instrumento APM mediante tubos de resistencia electrostática. Conecte la salida del APM a un contador de partículas de condensación. Encienda el instrumento APM y el cuadro de control APM pulsando los botones de encendido correspondientes.

Haga clic en el botón Remoto en el cuadro de control APM para que el instrumento pueda ser operado desde la interfaz de software en el ordenador. Encienda el software de control APM. Cargue un archivo de escaneado preestablecido haciendo clic en los botones Archivo y Cargar como se muestra en el vídeo.

Haga clic en el botón Inicio del software de control APM para que el instrumento APM comience a recopilar datos. Limpie un sustrato de silicio por un ciclo de agua de metanol y de nuevo metanol para eliminar cualquier contaminante. Seque el sustrato utilizando un flujo suave de nitrógeno.

Coloque el sustrato limpio sobre el electrodo del muestreador de aerosol nanométrico. Asegure el borde del sustrato con cinta adhesiva para mantenerlo estable durante la recolección. Encienda el muestreador de aerosol nanométrico.

Ajuste la tensión a menos 9,9 kilovoltas. Ajuste los caudales a 1,8 litros por minuto. Después, retire el sustrato de silicio cargado con partículas recogidas del muestreador de aerosol del nanómetro.

Realizar análisis adicionales de partículas en el sustrato como morfología mediante el escaneo de electrones, microscopio o análisis de superficie. Resultados representativos. Hay una gama de concentraciones de número y masa de partículas orgánicas que se pueden producir dependiendo de las concentraciones de alfa pineno y ozono seleccionadas.

Como se muestra en esta tabla, estas condiciones produjeron 4,4 más o menos 6 a 6,3 más o menos 7 veces 10 a las cinco partículas por centímetro en cubos y concentraciones de masa de 10 a la de uno a 10 a los cuatro microgramos por metro en cubos respectivamente. La evolución de las características dinámicas de la población de partículas se puede estudiar dentro del reactor del tubo de flujo. Esta figura muestra el número de distribuciones de diámetro de la población de partículas de aerosol para este experimento.

La concentración total del número y el diámetro de modo de las partículas aumentaron con el tiempo de residencia. La masa de partículas y los diámetros de movilidad se utilizaron para calcular el factor de forma dinámica kai a través de la subpoblación de partículas. Esta figura muestra los factores de forma dinámicos de las partículas que salen del tubo de flujo a diversos diámetros de movilidad y niveles de humedad.

A medida que se incrementó la RH, el kai disminuyó para las tres poblaciones alcanzando un valor final de 1.02 más o menos 01 a una humedad relativa del 35% y correspondiente a una incertidumbre a las partículas esféricas. El reactor de tubo de flujo descrito anteriormente es una gran herramienta para estudios de propiedades físicas o químicas y la evolución de partículas orgánicas. Sin embargo, el tiempo de residencia relativamente corto y la alta concentración precursora limita su capacidad de estudiar las partículas orgánicas formadas en condiciones ambientales cercanas.

Hemos demostrado que el tubo de flujo puede sintetizar partículas a través de una amplia gama de concentración de masa y concentraciones numéricas y es muy adecuado para distinguir una partícula bruta de la coagulación a la condensación. El tubo de flujo también es adecuado para la recolección de partículas orgánicas bajo una masa relativamente alta.