本文關(guān)鍵詞：鎂鹽氣溶膠吸濕性動力學(xué)與熱力學(xué)的自發(fā)與受激拉曼譜學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氣溶膠是懸浮于大氣中的顆粒物。氣溶膠在大氣環(huán)境中可以吸收水分,引起氣溶膠尺寸、濃度、相態(tài)和形態(tài)的變化,改變光散射性質(zhì)以及氣溶膠表面異相化學(xué)反應(yīng)速率,由此影響大氣氣候,改變能見度,危害人體健康。氣溶膠吸濕性的熱力學(xué)和動力學(xué)過程研究,是多學(xué)科關(guān)注的前沿。本論文以鎂鹽及其與有機組分混合體系為對象,采用受激和自發(fā)拉曼測量技術(shù),開展了凝聚相傳質(zhì)動力學(xué)、離子對的形成及其穩(wěn)定性、分子構(gòu)象的轉(zhuǎn)化與分子間的相互作用等方面的原位光譜研究,取得了取得以下主要結(jié)果:(1)通過光鑷系統(tǒng)結(jié)合受激拉曼光譜測量,得到了醋酸鎂液滴半徑和折射率對相對濕度變化的依賴關(guān)系。在相對濕度階躍變化條件下,利用醋酸鎂液滴半徑隨時間變化的半衰期與相對濕度隨時間變化的半衰期的比值(t1/2(radius)/t1/2(RH)),刻畫了醋酸鎂液滴傳質(zhì)動力學(xué)特性,當(dāng)相對濕度低于50%時,該比值迅速增大,表明醋酸鎂液滴形成了膠態(tài)結(jié)構(gòu),阻礙液滴的傳質(zhì)過程。利用微分等溫線模型計算得到水分子在膠態(tài)醋酸鎂中的表觀擴散系數(shù)在6.43×10-17~1.51×10-16 m2·s-1范圍內(nèi),比純水中的擴散系數(shù)要小7到8個數(shù)量級。研究了恒定相對濕度下,醋酸鎂和醋酸鈉液滴中醋酸的揮發(fā)行為,在83%的相對濕度下,醋酸鎂液滴中醋酸的揮發(fā)會導(dǎo)致液滴折射率的升高,在74%及60%的相對濕度下,醋酸鎂液滴中醋酸的揮發(fā),形成了氫氧化鎂夾雜物,破壞了形態(tài)共振峰(WGMs)的形成條件,導(dǎo)致WGMs淬滅,而醋酸鈉液滴中醋酸的揮發(fā)僅僅帶來液滴折射率的升高。(2)利用兩次聚焦技術(shù)研究膠態(tài)硫酸鎂液滴與周圍水蒸氣交換的動力學(xué)過程。用硫酸根1021和995 cm-1處的峰強度比(I1021/I995)刻畫硫酸鎂液滴表面和中心的成膠度。從高相對濕度階躍至成膠相對濕度40%之后,液滴的成膠度不斷增加,且液滴中心成膠度要始終小于液滴表面的成膠度,液滴中心成膠度變化的滯后性,是硫酸鎂氣液滴水分子傳質(zhì)受阻的重要特征。在類似的降濕過程中,對比不同半徑硫酸鎂液滴成膠度的變化,發(fā)現(xiàn)半徑越小,液滴的成膠度越大,用微分等溫線模型計算了水分子的表觀擴散系數(shù),半徑10微米和25微米膠態(tài)液滴的擴散系數(shù)分分別為2.6×10-16和4.78×10-15 m2·s-1,遠低于純水的擴散系數(shù)。進一步利用光鑷系統(tǒng)技術(shù),考察了低相對濕度條件下(RH10%)停留時間對傳質(zhì)的影響,半徑3?m硫酸鎂液滴,停留時間從30 min到180 min范圍內(nèi),在升濕過程中(相對濕度10%階躍到37%),液滴的表觀擴散系數(shù)分別在2.27×10-16到1.42×10-16 m2·s-1范圍內(nèi)。(3)以甘油/硝酸鎂混合體系為研究對象,研究了混合組分的吸濕性,離子對的形成及其穩(wěn)定性,以及甘油分子構(gòu)象與分子、離子之間相互作用的關(guān)系。在降濕過程中,甘油的加入會導(dǎo)致硝酸根?1峰的位移和半峰寬的減小,是甘油阻礙硝酸根與鎂離子形成接觸離子對結(jié)果。甘油的加入會促進硝酸鎂無定形態(tài)的形成,無法結(jié)晶形成六水硝酸鎂�；旌弦旱沃懈视偷腃H2峰的變化表示甘油的分子構(gòu)象從??構(gòu)象轉(zhuǎn)化為??構(gòu)象,這是甘油分子與硝酸鎂相互作用的結(jié)果。通過硝酸根?1峰和甘油CH2峰面積(Aν1-NO3/ACH2)的對比,發(fā)現(xiàn)混合液滴中甘油會更多的聚集在表面。
【關(guān)鍵詞】：光鑷技術(shù) 共聚焦拉曼光譜 膠態(tài) 有機/無機混合氣溶膠 吸濕性 分子構(gòu)象 氣液平衡
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X513
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-41
• 1.1 氣溶膠簡介12-19
• 1.1.1 氣溶膠的來源12-13
• 1.1.2 氣溶膠的化學(xué)組成13-15
• 1.1.3 氣溶膠的分類15-17
• 1.1.4 氣溶膠的形成與消失17-19
• 1.2 氣溶膠的研究意義19-23
• 1.2.1 氣溶膠對氣候的影響19-20
• 1.2.2 氣溶膠對環(huán)境的影響20-22
• 1.2.3 氣溶膠對人類健康的影響22-23
• 1.3 氣溶膠基本的物理化學(xué)問題和理論23-30
• 1.3.1 氣溶膠的吸濕性：科勒曲線23-26
• 1.3.2 氣溶膠的吸濕性：相變和過飽和狀態(tài)26-27
• 1.3.3 氣溶膠液滴中的離子對及相互作用27-28
• 1.3.4 氣溶膠的傳質(zhì)28-30
• 1.4 本論文的立題背景、研究內(nèi)容及創(chuàng)新性30-34
• 1.4.1 立題背景30-31
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容31-32
• 1.4.3 本論文的主要創(chuàng)新性32-34
• 參考文獻34-41
• 第2章 理論背景41-65
• 2.1 拉曼光譜理論背景介紹41-42
• 2.2 光鑷?yán)碚摫尘敖榻B42-57
• 2.2.1 早期光鑷的研究42-46
• 2.2.2 光鑷在科學(xué)研究中的應(yīng)用46-47
• 2.2.3 受激拉曼光譜47-49
• 2.2.4 形態(tài)依賴共振光譜確定捕獲液滴的大小與折射率49-51
• 2.2.5 光鑷系統(tǒng)在氣溶膠科學(xué)研究中的應(yīng)用51-57
• 參考文獻57-65
• 第3章 實驗裝置65-78
• 3.1 單光束光鑷系統(tǒng)結(jié)合拉曼光譜65-70
• 3.1.1 光學(xué)鑷子系統(tǒng)的構(gòu)建65-67
• 3.1.2 氣溶膠顆粒的捕獲67-69
• 3.1.3 光譜的采集69
• 3.1.4 數(shù)據(jù)的采集69-70
• 3.1.5 數(shù)據(jù)后處理70
• 3.2 共聚焦拉曼系統(tǒng)70-76
• 參考文獻76-78
• 第4章 醋酸鎂氣溶膠成膠及揮發(fā)行為的光鑷研究78-99
• 4.1 研究背景78-79
• 4.2 研究目的79-80
• 4.3 實驗裝置與方法80-82
• 4.4 實驗結(jié)果與討論82-92
• 4.4.1 醋酸鎂液滴的吸濕性和膠態(tài)傳質(zhì)動力學(xué)82-86
• 4.4.2 醋酸鎂和醋酸鈉液滴中醋酸的揮發(fā)86-92
• 4.5 本章小結(jié)92-94
• 參考文獻94-99
• 第5章 硫酸鎂液滴平衡動力學(xué)研究99-131
• 5.1 研究意義與背景99-100
• 5.2 研究目的100-101
• 5.3 實驗裝置與手段101-104
• 5.3.1 拉曼部分101-103
• 5.3.2 光鑷部分103-104
• 5.4 結(jié)果與討論104-123
• 5.4.1 硫酸鎂液滴膠態(tài)的形成104-108
• 5.4.2 水在膠態(tài)中擴散系數(shù)的計算108-111
• 5.4.3 不同濕度歷程對于擴散系數(shù)的影響111-117
• 5.4.4 各種因素對水在凝聚相擴散系數(shù)的影響117-119
• 5.4.5 硫酸鎂液滴中氫鍵環(huán)境的變化119-123
• 5.5 本章小結(jié)123-125
• 參考文獻125-131
• 第6章 硝酸鎂與甘油混合氣溶膠的吸濕性探究131-146
• 6.1 研究背景與意義131-134
• 6.2 研究目的134
• 6.3 實驗裝置134-135
• 6.4 結(jié)果與討論135-145
• 6.4.1 降濕過程中的液滴混合光譜135-138
• 6.4.2 甘油對于硝酸鎂氣溶膠液滴降濕過程的影響138-140
• 6.4.3 硝酸鎂對于甘油構(gòu)象的影響140-145
• 6.5 本章小結(jié)145-146
• 參考文獻146-152
• 結(jié)論152-154
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單154-155
• 致謝155-156
• 作者簡介156

  本文關(guān)鍵詞：鎂鹽氣溶膠吸濕性動力學(xué)與熱力學(xué)的自發(fā)與受激拉曼譜學(xué)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：345579