CN105388255A - 多通道均匀进气溶胶实验检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统，包括进气部分，用于产生均匀的且具有特定粒径的气溶胶，并通过通风管道输送到实验气室部分；实验气室部分包括：多个实验气室，以及分别设置在每一实验气室前端和后端的检测室，通过检测室来检测进入实验气室前后的气溶胶浓度；所述多个实验气室中至少有一个空白实验气室，用于测量空白背景值，剩余的实验气室中均放置不同的实验材料，用于测量实验前后对应的材料实验值；根据每一实验气室测量的材料实验值、空白背景值及对应实验材料的面积计算所述对应实验材料的气溶胶吸附能力。本发明公开的系统，可以准确测量气溶胶在不同物质上的滞留吸附特性，对大气环境污染治理有重要的实践意义。

Description

多通道均匀进气溶胶实验检测系统

技术领域

本发明涉及空气检测技术领域，尤其涉及一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统。

背景技术

世界卫生组织2014年5月7日发布的全球城市空气质量最新监测数据显示，在其监测的城市中，超过半数城市的空气污染达到世界卫生组织所设定健康标准的2.5倍，中国北京、兰州、石家庄等名列其中。

而城市大气污染天气的发生会影响公共安全、农业生产、大气能见度和人体健康，据统计全球每年至少有12.5％的人死于空气污染或与空气污染相关，2013年有近370多万人的死亡于城市空气污染相关。

目前，主要的空气污染为细颗粒物，也叫PM2.5，即环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物由于其形成过程复杂，组成成分多样化具有区域区别，沉降困难、影响范围广，控制和治理难度大，所以具有很大的研究价值。

鉴于此，有必须要针对大气中颗粒物在不同物质上的滞留吸附特性进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统，可以准确测量气溶胶在不同物质上的滞留吸附特性，对大气环境污染治理有重要的实践意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统，包括：进气部分与实验气室部分；其中：

所述进气部分，用于产生均匀的且具有特定粒径的气溶胶，并通过通风管道输送到实验气室部分；

所述实验气室部分包括：多个实验气室，以及分别设置在每一实验气室前端和后端的检测室，通过检测室来检测进入实验气室前后的气溶胶浓度；所述多个实验气室中至少有一个空白实验气室，用于测量空白背景值，剩余的实验气室中均放置不同的实验材料，用于测量实验前后对应的材料实验值；根据每一实验气室测量的材料实验值、空白背景值及对应实验材料的面积计算所述对应实验材料的气溶胶吸附能力。

进一步的，所述进气部分包括：外接气溶胶发生器、进气风道与沉淀室；

外接气溶胶发生器产生特定粒径的气溶胶，产生的气溶胶进入进气风道，然后沿着进气风道进入沉淀室，在沉淀室沉淀一段时间后获得均匀的且具有特定粒径的气溶胶。

进一步的，所述进气风道、沉淀室、通风管道、检测室、实验气室及检测室与实验气室之间的管道内均粘贴有一层防静电贴膜。

进一步的，所述进气风道记为气道1，所述沉淀室与实验气室前端的检测室之间的通风管道记为气道2，所述实验气室前端的检测室与实验气室之间的通风管道记为气道3；其中：气道2的横截面积之和大于或等于气道1横截面积之和，气道3的横截面积之和大于或等于气道2横截面积之和。

进一步的，该系统还包括：设置在实验气室部分后端的尾气处理装置，用于对实验后的气溶胶进行无害化处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，由进气部分通过通风管道连通多个封闭气室从而形成一个半封闭可控的气体环境，进而在该半封闭环境中对不同材料滞留气溶胶进行吸附实验；同时，各个气室及管道内壁都贴有防静电贴膜，防止静电吸附细微颗粒物，提升实验精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的采用两个实验气室进行实验的示意图；

图3为本发明实施例提供的贴防静电贴膜前后的实验数据示意图；

图4为本发明实施例提供的松枝实验中检测室的检测数据示意图；

图5为本发明实施例提供的松枝检测差值数据示意图；

图6为本发明实施例提供的玉兰实验中检测室的检测数据示意图；

图7为本发明实施例提供的玉兰检测差值数据示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例

本发明实施例提供一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统，其主要包括：进气部分与实验气室部分；其中：

所述进气部分，用于产生均匀的且具有特定粒径的气溶胶，并通过通风管道输送到实验气室部分。

具体来说：进气部分包括：外接气溶胶发生器、进气风道与沉淀室；

外接气溶胶发生器产生特定粒径的气溶胶，产生的气溶胶进入进气风道，然后沿着进气风道进入沉淀室，空气在体积较大的沉淀室中流动速度较缓慢，此时体积较大的颗粒会沉淀下来，气溶胶内部的颗粒分布进一步均匀稳定，因此，在沉淀室沉淀一段时间后可获得均匀的且具有特定粒径的气溶胶。

所述特定粒径的气溶胶可以根据实验需要选择相应的外接气溶胶发生器来产生PM2.5气溶胶或者其他粒径气溶胶。

所述实验气室部分包括：多个实验气室，以及分别设置在每一实验气室前端和后端的检测室，通过检测室来检测进入实验气室前后的气溶胶浓度。

所述多个实验气室中至少有一个空白实验气室，用于测量空白背景值，剩余的实验气室中均放置不同的实验材料，用于测量实验前后对应的材料实验值；根据每一实验气室测量的材料实验值、空白背景值及对应实验材料的面积计算所述对应实验材料的气溶胶吸附能力。

该系统还包括：设置在实验气室部分后端的尾气处理装置，为防止实验中所产生的气溶胶对环境造成影响，所以对尾气进行处理，实验气室的出气端通过通风管道将气体集中收集引导至尾气处理装置，将尾气处理无害化之后排放。

示例性的，如图1所示，为多通道均匀进气溶胶实验检测系统的示意图。本示例中仅示出了四个实验气室，其中任一个为空白实验气室。

如图1所示，气道1即为进气部分中的进气风道，用于外接气溶胶发生器(未示出)产生的PM2.5气溶胶或者其他粒径气溶胶输送到沉淀室11中。

实验气室21的前端与后端均设有一检测室(分别记为22、23)。气道2即为沉淀室11与实验气室21前端的检测室22之间的通风管道，气道3即为实验气室21前端的检测室22与实验气室21之间的通风管道。

当检测完成后，由设置在实验气室部分后端的尾气处理装置31对尾气进行无害化处理。

优选的，为了防止通风管道和气室内部产生静电，吸附颗粒，进而对实验结果产生影响。本发明实施例中，所述进气风道(气道1)、沉淀室21、通风管道(气道2)、检测室(22、23)、实验气室21及检测室与实验气室21之间的管道内均粘贴有一层防静电贴膜。

优选的，为防止因管道横街面积不匹配造成局部气流不畅或者局部气流流速过低，从而影响实验结果。本发明实施例中，气道2的横截面积之和大于或等于气道1横截面积之和，气道3的横截面积之和大于或等于气道2横截面积之和。

为了便于理解，下面以检测PM2.5在不同物质上的滞留吸附特性为例进行说明。

实验检测过程如下：

1)打开外接PM2.5发生仪器产生PM2.5气溶胶，通过进气风道传输至沉淀室进行预热及混匀颗粒物。放置10分钟之后，打开气闸通过通风管道将均匀的PM2.5气溶胶传输至实验气室部分中的空白实验气室。

2)每一实验气室(包括)前后均设有检测室，检测时均放置外接的PM2.5检测仪器。进行空白实验三十分钟。根据前后检测仪器的浓度差值(前-后)，得出空白背景值。

3)放置实验材料于实验气室内(除去空白实验气室的其他实验气室)，进行一个半小时实验，根据需求也可以调整实验时间。据前后检测仪器浓度差值(前-后)，得出测试材料实验值。

本示例中，假设共有四个实验气室，其中一个为空白实验气室，其他实验气室放置不同实验材料，用于滞留吸附特性检测实验。

4)实验完成后，拿出实验材料，求出实验材料的面积；也可以在实验之前预先计算实验材料的面积。

5)实验材料单位面积滞尘量＝(实验材料前后仪器浓度差-空白实验前后仪器浓度差)/实验材料的面积。

本发明实施例所提供的多通道均匀进气溶胶实验检测系统原理为：气溶胶产生通道用于放置气溶胶发生装置，可外接不同规格的各种发生装置，通过进气风道接稳定沉淀室，沉淀室的作用在于加入一个体积较大的空间，使得气溶胶在该区域内运行速度较为缓慢，较大的颗粒得以沉淀，细微颗粒均匀混合。通过并联的方式接入多个实验气室，可以同时进行三组平行实验及一个空白实验对照。两个实验气室为一组，两侧气室通过气闸控制，可以根据需要选择开放单侧(两个气室)进行实验。实验气室前后分别设置检测室，可以外接不同的检测仪器进行各项检测。各实验气室上方使用透明的有机玻璃制成，可以随时进行观测。实验室内壁贴有防静电贴膜，防止静电吸附细微颗粒物，提升实验精度。

为了检验防静电贴膜是否提升检测精度，进行了相关实验。

本次实验采用了的PM2.5发生仪器，如图2所示，采用了两个实验气室，每个实验气室前后均设置一检测室(左右A、左右B)，实线条表示传输管道，检测室内放置了tsi公司的m510作为检测仪。需要说明的是，本次实验仅为了检验防静电贴膜是否提升检测精度，因而，图2中没有示出沉淀室、尾气处理装置等部分。

具体的实验过程与前文描述的类似，故不再赘述，需要强调的时，本次实验需要重复进行两次，第一次实验时未贴防静电贴膜，第二次实验时相关区域均贴有防静电贴膜。

实验结果如图3所示，如图3中的左未贴表示图2中左AB与实验气室未贴防静电膜，左已贴表示图2中左AB与实验气室已贴防静电膜；右未贴、右已贴的含义类似。

对比图中可以看出，未贴防静电贴膜的时候，前后数据差，明显大于贴膜之后的数据差，数据的离散程度也更加明显。说明防静电贴膜有较好的提升实验气室整体精度的效果。

另一方面，本发明实施例针对不同物质的吸附特征进行了实验。

在本次实验中，采用如图2所示的结构进行实验，本次实验中的实验材料为松枝与玉兰。

在实验时，首先开启一侧气阀(图2中的左右任一侧均可)，进行空白实验一小时，并记录数据；然后，两个实验气室中分别放置松枝与玉兰，进行实验一个半小时，并记录数据；最后，取出实验材料，进行空白二十分钟，并记录数据。

以上实验过程重复进行三次，实验结果如图4-7所示。

如图4-5所示，为松枝实验结果，其中图4为检测室的检测数据，图5为松枝检测差值数据，其中的曲线a、b、c为重复进行三次实验的结果。

本实验中，由于m510测量结果为瞬时值，数据波动影响较大，每五分钟取一次十分钟的平均值记录。

图4与中，x轴1～10数值为初始一小时空白试验均值数据，从11开始至27，为接下来一个半小时的松枝实验均值数据，可以看出，空白期间，差值略有波动。松枝实验开始之后可以看出，前后两个检测室浓度差值变大，呈逐渐上升趋势，上升到一定程度，再逐渐减小。因为是均值，开始上升浓度差值均值内容包括了空白期间的内容所以呈现逐渐上升趋势。连续试验一段时间之后滞留能力下降，浓度差减小。之后又有所恢复，继续增长、减小这一过程。27～31为继续的空白试验，恢复到初始的略有波动状态。

图5将一小时的空白数据进行平均，用松枝五分钟一次的十分钟均值数据减去空白的平均值得出检测差值，可更为直观的看出实验中松枝的吸附滞留模拟情况。

如图6-7所示，为玉兰实验结果，其中图6为检测室的检测数据，图7为玉兰检测差值数据。

图6-7的含义与图4-5的类似，只是将松枝换为玉兰，具体的含义可参照前文。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种多通道均匀进气溶胶实验检测系统，其特征在于，包括：进气部分与实验气室部分；其中：

所述进气部分，用于产生均匀的且具有特定粒径的气溶胶，并通过通风管道输送到实验气室部分；

所述实验气室部分包括：多个实验气室，以及分别设置在每一实验气室前端和后端的检测室，通过检测室来检测进入实验气室前后的气溶胶浓度；所述多个实验气室中至少有一个空白实验气室，用于测量空白背景值，剩余的实验气室中均放置不同的实验材料，用于测量实验前后对应的材料实验值；根据每一实验气室测量的材料实验值、空白背景值及对应实验材料的面积计算所述对应实验材料的气溶胶吸附能力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气部分包括：外接气溶胶发生器、进气风道与沉淀室；

外接气溶胶发生器产生特定粒径的气溶胶，产生的气溶胶进入进气风道，然后沿着进气风道进入沉淀室，在沉淀室沉淀一段时间后获得均匀的且具有特定粒径的气溶胶。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述进气风道、沉淀室、通风管道、检测室、实验气室及检测室与实验气室之间的管道内均粘贴有一层防静电贴膜。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述进气风道记为气道1，所述沉淀室与实验气室前端的检测室之间的通风管道记为气道2，所述实验气室前端的检测室与实验气室之间的通风管道记为气道3；其中：气道2的横截面积之和大于或等于气道1横截面积之和，气道3的横截面积之和大于或等于气道2横截面积之和。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括：设置在实验气室部分后端的尾气处理装置，用于对实验后的气溶胶进行无害化处理。