CN106323717A - 一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法与装置，适用于大气颗粒物采样与测试技术领域。主要包括储液槽、滤膜夹、清洗槽、流量计、加热片、雾化槽、振动子和雾化片。首先利用超声波高频振荡将已浸入清洗液中滤膜上附着的颗粒物进行剥离、搅拌和分散，再利用超声波喷泉成雾作用将含颗粒物的清洗液变为含颗粒物的液雾，然后利用加热片将含颗粒物的液雾汽化，最终得到颗粒物的悬浮和飞扬。本发明原理简单、操作方便，能够快速、高效的实现滤膜上附着颗粒物的再次飞扬，不影响颗粒物的物理化学性质，并可直接接入颗粒物测试仪器。
Description
技术领域
本发明涉及大气颗粒物的采样与测试，尤其适用于滤膜上附着颗粒物再次飞扬的测试。
背景技术
我国大气颗粒物污染严重，尤其是PM2.5、PM10等微细颗粒物普遍超标，空气质量、大气能见度和人体健康均受到极大的影响和威胁。准确分析和测试颗粒物的理化性质是有针对性地制定相关标准、政策法规以及控制措施的重要科学前提。
大气颗粒物的现场直接测试可以准确、及时的反映大气环境状态。随着测试技术的发展，大型实验室精密仪器应运而生，与现场仪器相比较，现代化的大型仪器具有抗干扰能力强、样品用量少、测试精度高、分辨率高、重复性好等优点，但由于仪器精密贵重，不宜运输和移动，难以应用于现场的测试分析。
大型实验仪器对颗粒物的测试往往需要通过气流夹带的形式，即：颗粒物需要随着气流进入仪器内部，通过检测探头以实现测试。要实现大型实验室仪器对外界环境颗粒物的测试，首先需要进行现场滤膜采样并将样品带回，再进行滤膜上颗粒物的分离，然后经过风流吹入仪器测试系统。为了实现滤膜上颗粒物的分离，目前普遍可采用的办法是，采用毛刷、机械振动或气流喷吹的方式将滤膜表面的颗粒物进行剥离。然而，由于颗粒物往往嵌入滤膜孔隙内部，这种简单的机械作用剥离效率低下，尤其针对肉眼不可见、极易悬浮的微细颗粒物，操作尤其困难。
发明内容
鉴于已有技术的不足，本发明提供一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法与装置，能够有效实现采样滤料上捕集颗粒物的再次飞扬，并且不破坏颗粒物的物理化学性质，可直接与颗粒物测试仪器相连接。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，包括以下步骤：
（1）将附着颗粒物的滤膜浸入清洗液中；
（2）利用超声波的高频振荡作用对清洗液内附着在滤膜上的颗粒物进行剥离、搅拌和分散；
（3）利用超声波的喷泉成雾作用将含颗粒物的清洗液打散并悬浮起来，形成含颗粒物的液雾；
（4）对含颗粒物的悬浮液雾进行加热，液雾内部的颗粒物随着液雾的汽化消失而释放出来，并处于悬浮状态，同时液雾发生汽化后将形成膨胀气流，进而实现悬浮的颗粒物随着膨胀的气流向外飞扬。
进一步的，所述清洗液为具有化学惰性的低温液体，优选液氮、液态二氧化碳。
进一步的，步骤（3）中形成的液雾粒径控制在5~30 µm。
本发明所述的一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的装置，包括储液槽（2）、滤膜夹（6）、清洗槽（7）、流量计（9）、雾化槽（11）、加热片（10）、振动子（14）和雾化片（17）；储液槽（2）上部设置有进液口（1）和泄压口（3），储液槽（2）底部通过管子连接清洗槽（7），储液槽（2）和清洗槽（7）之间的管子上设有阀门I（5）；清洗槽（7）中部悬挂有滤膜夹（6），滤膜夹（6）可夹住滤膜（15）并置于清洗槽（7）中，清洗槽（7）底部设有振动子（14），清洗槽（7）通过管子连接雾化槽（11），清洗槽（7）和雾化槽（11）之间的管子上设置有阀门II（16）；雾化槽（11）底部设有雾化片（17），上部设有加热片（10），顶部通过管子连接出口（8），雾化槽（11）与出口（8）之间的管子上设有流量计（9）；阀门I（5）、阀门II（16）、振动子（14）、雾化片（17）、加热片（10）、流量计（9）均与控制器（13）连接；储液槽（2）、清洗槽（7）、雾化槽（11）均设置在保温外壳（12）内部。
有益效果：本发明提供的超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法与装置，利用超声波在液体中的空化效应、加速度效应及直进流效应，将滤膜上附着的颗粒物剥离至清洗液中，并进行搅拌和分散，由于超声波具有传播方向性好、穿透性强等特点，可实现滤膜上颗粒物快速、有效剥离，并具有剥离无死角、一致性好等优点；利用超声波的喷泉成雾效应，将含有颗粒物的液体分子间的分子键打散而产生自然飘逸的液雾，具有雾化均匀、雾化粒径易于控制等优点；采用具有化学惰性的低温液体作为清洗剂兼雾化剂，实现颗粒物再飞扬的过程不改变颗粒物的物理化学性质。
本发明提供的方法和装置，原理简单、操作方便，可快速、高效的实现滤膜上附着颗粒物的再次飞扬，并且不影响颗粒物的物理化学性质，可实现与颗粒物测试仪器的直接连接。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图。
图中：1为进液口，2为储液槽，3为泄压口，4为低温液体，5为阀门I，6为滤膜夹，7为清洗槽，8为出口，9为流量计，10为加热片，11为雾化槽，12为外壳，13为控制器，14为振动子，15为滤膜，16为阀门II，17为雾化片。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
本发明一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，主要包括以下步骤：
（1）将附着颗粒物的滤膜浸入清洗液中；
（2）利用超声波的高频振荡作用对清洗液内附着在滤膜上的颗粒物进行剥离、搅拌和分散；
（3）利用超声波的喷泉成雾作用将含颗粒物的清洗液打散并悬浮起来，形成含颗粒物的液雾；
（4）对含颗粒物的悬浮液雾进行加热，液雾内部的颗粒物随着液雾的汽化消失而释放出来，并处于悬浮状态，同时液雾发生汽化后将形成膨胀气流，进而实现悬浮的颗粒物随着膨胀的气流向外飞扬。
所用清洗液为具有化学惰性的低温液体，尤其选用液氮、液态二氧化碳。
步骤（3）中形成的液雾粒径控制为5~30 µm。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1中，一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的装置，包括储液槽2、滤膜夹6、清洗槽7、流量计9、雾化槽11、加热片10、振动子14和雾化片17；储液槽2上部设置有进液口1和泄压口3，储液槽2底部通过管子连接清洗槽7，储液槽2和清洗槽7之间的管子上设有阀门I5；清洗槽7中部悬挂有滤膜夹6，滤膜夹6可夹住滤膜15并置于清洗槽7中，清洗槽7底部设有振动子14，清洗槽7通过管子连接雾化槽11，清洗槽7和雾化槽11之间的管子上设置有阀门II16；雾化槽11底部设有雾化片17，上部设有加热片10，顶部通过管子连接出口8，雾化槽11与出口8之间的管子上设有流量计9；阀门I5、阀门II16、振动子14、雾化片17、加热片10、流量计9均与控制器13连接；储液槽2、清洗槽7、雾化槽11均设置在保温外壳12内部。
需要对滤膜15上附着的颗粒物进行剥离、并实现颗粒物在气流中悬浮时，首先取出清洗槽7内的滤膜夹6，通过滤膜夹6夹住滤膜15后再装入清洗槽7内。通过进液口1往储液槽2内装入适量的清洗液4，如液氮。通过控制器13开启阀门I5将适量清洗液4放入清洗槽7内，随后通过控制器13启动振动子14。振动子14产生的超声波以每秒数万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向清洗槽7内的清洗液4进行透射。在减压力作用时，清洗液4中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力超声波的空化作用，由此剥离被滤膜15上附着的颗粒物。同时由于超声波的直进流作用，清洗剂4会垂直超声波产生的振动面产生流动，从而实现对含颗粒物清洗液4的搅拌和分散。由于超声波具有传播方向性好、穿透性强等特点，可实现滤膜15上颗粒物的快速、有效剥离，并具有剥离无死角、一致性好等特点。
颗粒物剥离至清洗液7后，通过控制器13将阀门II16开启使得清洗液4进入雾化槽11内，此时，进入雾化槽11内的清洗液7即作为雾化液。通过控制器13同时启动雾化片17和加热片10，雾化片17产生的高频谐振将清洗液4分子结构打散进而形成自然飘逸的液雾喷泉成雾效应，这些液雾将悬浮在雾化槽11内的液面上方。通过雾化片17谐振频率和液面深度的合理设置将液雾粒径控制在5~30 µm 的范围内，因此液雾中可包含大量的颗粒物。
含颗粒物的液雾受到加热片10的加热作用温度升高将发生汽化，液雾消失后颗粒物将从液雾包裹中被释放出来并处于悬浮状态；与此同时，液雾汽化过程中形成膨胀气流，悬浮的颗粒物将随着膨胀气流向出口8流动。流量计9用于监测出口处流量并可用于反馈控制阀门I、阀门II和加热片10。
若颗粒物测试仪器已经连接本发明装置的出口8，即可实现仪器对滤膜15收集到颗粒物的直接测试。本发明采用具有化学惰性的低温液体作为清洗液兼雾化液，不与颗粒物发生反应，因此不改变颗粒物的物理化学性质。
对滤膜颗粒物剥离完成后，可以再次取出滤膜进行称量，若颗粒物剥离前滤膜称量为m 1，剥离后滤膜称量为m 2，则剥离效率ƞ=（m 1-m 2）/m 1×100%。本发明提供的方法与装置，可实现剥离效率95%以上，有望达到99.5%。
Claims (5)
1.一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将附着颗粒物的滤膜浸入清洗液中；
（2）利用超声波的高频振荡作用对清洗液内附着在滤膜上的颗粒物进行剥离、搅拌和分散；
（3）利用超声波的喷泉成雾作用将含颗粒物的清洗液打散并悬浮起来，形成含颗粒物的液雾；
（4）对含颗粒物的悬浮液雾进行加热，液雾内部的颗粒物随着液雾的汽化消失而释放出来，并处于悬浮状态，同时液雾发生汽化后将形成膨胀气流，实现悬浮的颗粒物随着膨胀的气流向外飞扬。
2.根据权利要求1所述的一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，其特征在于所述的清洗液为具有化学惰性的低温液体。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，其特征在于所述的清洗液为液氮或液态二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的方法，其特征在于步骤（3）中形成的液雾粒径控制在5~30 µm。
5.一种超声波法滤膜附着颗粒物再飞扬的装置，其特征在于包括储液槽（2）、滤膜夹（6）、清洗槽（7）、流量计（9）、加热片（10）、雾化槽（11）、振动子（14）和雾化片（17）；储液槽（2）上部设置有进液口（1）和泄压口（3），储液槽（2）底部通过管子连接清洗槽（7），储液槽（2）和清洗槽（7）之间的管子上设有阀门I（5）；清洗槽（7）中部悬挂有滤膜夹（6），滤膜夹（6）可夹住滤膜（15）并置于清洗槽（7）中，清洗槽（7）底部设有振动子（14），清洗槽（7）通过管子连接雾化槽（11），清洗槽（7）和雾化槽（11）之间的管子上设置有阀门II（16）；雾化槽（11）底部设有雾化片（17），上部设有加热片（10），顶部通过管子连接出口（8），雾化槽（11）与出口（8）之间的管子上设有流量计（9）；阀门I（5）、阀门II（16）、振动子（14）、雾化片（17）、加热片（10）、流量计（9）均与控制器（13）连接；储液槽（2）、清洗槽（7）、雾化槽（11）均设置在保温外壳（12）内部。
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