Produção e medição de partículas orgânicas em um reator de tubo de fluxo

Os reatores de tubos de fluxo são construídos para imitar os processos de produção de material particulado orgânico atmosférico, e são usados para estudar o mecanismo, processos e caracterização da matéria particulada. A vantagem de usar um reator de tubo de fluxo é que permite a síntese rápida de partículas de aerossol através de uma ampla gama de número de partículas e concentrações de massa. Para a configuração apresentada aqui, o reator do tubo de fluxo é equipado com um injetor movelável que pode provar material de partículas orgânicas em diferentes pontos de tempo dentro do reator de fluxo.

A matéria particulada que sai do tubo de fluxo é analisada por vários tipos de técnicas on-line e off-line, incluindo um dimensionador de partículas de mobilidade de digitalização e um espectrômetro de massa de partículas de aerossol. E também amostrará em filtros de partículas. O tubo de fluxo é uma plataforma de reator adequada para a realização de experimentos de pós-análise e análise on-line rápida e off-line da matéria particulada produzida.

Partículas atmosféricas têm sido parte dos efeitos do clima, da saúde humana e da visibilidade. O mecanismo de produção de partículas orgânicas importa, porém ainda permanece insuficientemente caracterizado e não é astuto. Uma abordagem para resolver esse problema é usar um reator de tubo de fluxo para realizar estudos laboratoriais que nos ajudem a entender a formação e o mecanismo de reação da matéria particulada orgânica.

O reator do tubo de fluxo consiste em três partes. A primeira parte do experimento do tubo de fluxo é a injeção de precursor orgânico. O sistema de injeção consiste em três elementos.

Uma bomba de seringa, uma seringa de vidro e uma lâmpada de vidro de três lag. A solução orgânica é continuamente injetada usando a bomba de seringa na lâmpada de vidro, e então vaporiza. Em seguida, o vapor é varrido para o tubo de fluxo onde as reações ocorrem para produzir uma população de partículas.

A segunda parte do reator do tubo de fluxo consiste no próprio tubo de fluxo e também um amostrador móvel. O amostrador móvel pode controlar o tempo de residência das partículas dentro do tubo de fluxo de três segundos a 42 segundos, portanto nos ajuda a estudar o mecanismo corrosivo para essas partículas orgânicas e também nos ajuda a mudar o mecanismo bruto entre a coagulação e a condensação. A última parte do sistema de reator do tubo de fluxo são os instrumentos que analisam partículas orgânicas.

Temos o dimensionador de partículas de mobilidade de varredura e o analisador de massa de partículas de aerossol para estudar a concentração de massa numérica e também estudar a forma das partículas que saem do tubo de fluxo. Os protocolos para a realização do experimento do tubo de fluxo são mostrados abaixo. Injeção de fase de gás do reator do tubo de fluxo.

Dependendo do propósito dos experimentos, uma ampla gama de compostos orgânicos voláteis pode ser usado como o precursor orgânico para o experimento. Alpha pinene é usado aqui como exemplo para o procedimento de injetar o precursor orgânico no reator do tubo de fluxo. Use uma micro-pipeta para retirar um mililitro de pinene alfa e, em seguida, transfira o líquido para um frasco volumoso de cinquenta mililitros.

Use dois butanol para encher o frasco volumoso para cinquenta mililitros, diluindo assim o pinheiro alfa por uma razão de um a 49. Agite o frasco volumoso para misturar o solvente e o soluço completamente. Use uma seringa de cinco mililitros para retirar a solução alfa pinene.

Enxágüe a seringa três vezes com a solução e, em seguida, encha toda a seringa. Remova as bolhas na seringa. Conecte a seringa a uma agulha afiada e, em seguida, mova a seringa para um injetor de seringa.

Insira a ponta da agulha no frasco fundo redondo para vaporizar a solução. Pré-aqueça o frasco vaporizador a 135 mais ou menos um grau Celsius, ajustando a potência da fita de aquecimento. Defina a taxa do controlador de fluxo de massa para 5 litros padrão por minuto.

O objetivo é introduzir um fluxo suave de 5 litros padrão por minuto de ar purificado para vaporizar e levar alfa pinene injetado da seringa. Ligue o injetor de seringa e ajuste a taxa de ejeção para um valor definido pelo usuário. Fluxo passivo de ar a quatro litros padrão por minuto através de um gerador de ozônio.

Ligue o gerador de ozônio. Controle a concentração de ozônio para valores apropriados, ajustando o comprimento do tubo de vidro protegendo a lâmpada UV dentro do gerador. Ligue o monitor de concentração de ozônio.

Realize os experimentos após a concentração de ozônio estabilizar. Produção de partículas do reator do tubo de fluxo. Desaparafusar a tampa no final do reator do tubo de fluxo, a fim de ajustar a posição do tubo amostrador móvel dentro do reator do tubo de fluxo.

Altere diferentes posições do tubo amostrador móvel posteriormente para atingir diferentes tempos de residência. Posicione o amostrador móvel no início do reator do tubo de fluxo para obter o menor tempo de residência. Posicione o amostrador móvel no final do reator do tubo de fluxo para obter o maior tempo de residência.

Abriga o reator do tubo de fluxo em uma caixa de aço dupla murada controlada, com cobertura de água, inoxidável. Realize uma verificação de vazamento e uma verificação do nível da água antes de cada conjunto de experimentos. Coloque a temperatura do termostato no circulador de água a 20 graus Celsius.

Ligue o software de gravação de temperatura no computador principal e defina o tempo de amostragem de dados para 10 segundos. Regisso o nível de temperatura medido a partir do sensor de temperatura ao ligar o botão de gravação. Ligue o software do monitor de pressão e defina o intervalo de amostragem para 10 segundos.

Defina o comprimento amostral para 36.000 pontos. Caracterização da população de partículas produzidas do reator do tubo de fluxo. Conecte a saída do reator do tubo de fluxo a um dimensionador de partículas de mobilidade de varredura por tubos resistentes eletrostáticos.

Inicie o software que registra a distribuição do diâmetro do número. Crie um novo arquivo e cada parâmetro para valores apropriados. Regisso número de distribuições de diâmetro das partículas que saem do reator do tubo de fluxo clicando no botão Ok.

Conecte as duas entradas de um bolha de água a dois controladores de fluxo de máscara, de modo a ajustar a umidade do ar no tubo de fluxo. Ajuste a taxa de fluxo das duas entradas de zero a 10 litros padrão por minuto, de modo a alterar a umidade relativa do ar de menos de 5% para mais de 95% Conecte a saída do bolha de água à entrada de ar do tubo Nafion. Conecte a saída do reator do tubo de fluxo à entrada principal do tubo Desacional.

Conecte um sensor de umidade relativa à saída do tubo Nafion. Para medir a umidade relativa do ar amostral. Conecte a tomada da configuração de controle de umidade relativa à entrada de um analisador de mobilidade diferencial.

Conecte a saída do analisador de mobilidade diferencial à entrada do instrumento APM por tubulação resistente eletrostática. Conecte a saída do APM a um contador de partículas de condensação. Ligue o instrumento APM e a caixa de controle APM pressionando os respectivos botões de alimentação.

Clique no botão Remoto na caixa de controle APM para que o instrumento possa ser operado a partir da interface de software no computador. Ligue o software de controle APM. Carregue um arquivo de varredura predefinido clicando nos botões Arquivo e Carga, como mostrado no vídeo.

Clique no botão Iniciar do software de controle APM para que o instrumento APM comece a coletar dados. Limpe um substrato de silício por um ciclo de água de metanol e novamente metanol para remover quaisquer contaminantes. Seque o substrato usando um fluxo suave de nitrogênio.

Coloque o substrato limpo sobre o eletrodo do amostrador de aerossol nanômetro. Fixar a borda do substrato com fita para mantê-la estável durante a coleta. Ligue o amostrador de aerossol de nanômetro.

Coloque a tensão em menos 9,9 quilovolts. Defina as vazões para 1,8 litros por minuto. Posteriormente, remova o substrato de silício carregado com partículas coletadas do amostrador de aerossol nanômetro.

Realize uma análise mais aprofundada das partículas no substrato, como a morfologia por meio da varredura de elétrons, microscópios ou análises superficiais. Resultados representativos. Há uma gama de concentrações numéreas e em massa de material particulado orgânico que podem ser produzidas dependendo das concentrações de pinheiro alfa e ozônio selecionadas.

Como mostrado nesta tabela, essas condições produziram 4,4 mais ou menos 6 a 6,3 mais ou menos 7 vezes 10 às cinco partículas por centímetro cúbico e concentrações de massa de 10 a 10 a quatro microgramas por metro cúbico, respectivamente. A evolução das características dinâmicas da população de partículas pode ser estudada dentro do reator do tubo de fluxo. Este número mostra o número de distribuições de diâmetro da população de partículas de aerossol para este experimento.

A concentração total do número e o diâmetro do modo das partículas aumentaram com o tempo de residência. A massa de partículas e os diâmetros de mobilidade foram utilizados para calcular o fator de forma dinâmica kai através da subpopulação de partículas. Esta figura mostra os fatores de forma dinâmica das partículas que saem do tubo de fluxo em vários diâmetros de mobilidade e níveis de umidade.

À medida que o RH foi aumentado, kai diminuiu para todas as três populações atingindo um valor final de 1,02 mais ou menos 01 a 35% de umidade relativa e correspondendo com uma incerteza às partículas esféricas. O reator do tubo de fluxo descrito acima é uma grande ferramenta para estudos de propriedades físicas ou químicas e evolução de partículas orgânicas. No entanto, o tempo relativo de residência curta e a alta concentração precursora limita sua capacidade de estudar as partículas orgânicas formadas em condições ambientais próximas.

Mostramos que o tubo de fluxo pode sintetizar partículas através de uma ampla gama de concentrações de concentração de massa e números e é muito adequado para distinguir uma partícula bruta da coagulação à condensação. O tubo de fluxo também é adequado para a coleta de partículas orgânicas sob uma massa relativamente alta.