黑炭气溶胶的热分解特性和热分析方法测定.pdf

j | 九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨台 黑炭气溶胶的热分解特性和热分析方法测定 姜明玉陈珠灵许雪琴付风富 福州大学食品安全分析与检测技术教育部重点实验室，化学化工学院 1 前言 作为炭质气溶胶的一种，黑炭气溶胶由于其特殊的化学和光学特性而受到大气环境研究者们的 重视。黑炭粒子被报道会吸收一部分光和热，具有温室效应1 。所以准确测定黑碳气溶胶的浓度有着 十分重要的意义。 目前，测定黑炭粒子浓度的方法主要有：1 ) 光学测定法。通过测定黑炭粒子吸收系数来测定黑 碳粒子的浓度。由于其它炭质气溶胶也具有一定的吸收，所以此方法具有很大的不确定性。2 ) 热分 解测定法。通过先在惰性气体下加热除去有机碳分子，然后在有氧气氛下氧化燃烧来测定黑炭粒子 的浓度。但是，由于有一部分有机碳在惰性气体下会被炭化，所以热分解法测定的结果实际上包括 了黑炭和有机碳被碳化的炭两部分。3 ) 光热测定法。这是目前最准确的一种方法，但是其最大缺点 就是仪器太贵，不易普及3 。 本研究的主要目的是通过对黑炭粒子的热分解特性的研究，希塑建立一种比较准确可靠的利用 热分析仪测定黑炭粒子浓度的方法。 z 实验结果和讨论 通过对有机碳，石墨，黑炭粒子和有机碳碳化后的残炭在惰性和有氧气氛下的热分解特性的研 究，我们发现： ( 1 ) 在惰性气氛下，有机碳在4 0 0 度左右开始失重，失重5 0 左右，说明在惰性气氛下有机碳在 4 0 0 度左右被挥发，但是又一部分有机碳被碳化成黑炭( 图1 a ) 。 ( 2 ) 在空气气氛下，石墨在8 3 0 度左右有明显失重，到9 0 0 度基本失重量完全，说明石墨在8 3 0 度开始被氧化分解( 图l b ) ：而有机碳碳化由来的炭和黑炭粒子在4 0 0 度左右有明显的失重，在5 0 0 度前大部分黑炭发生氧化分解反应，几乎完全失重( 图1 c ) 。说明黑炭粒子和石墨在空气气氛下氧 化分解温度有明显的差别 ( 3 ) 在空气气氛下，在4 0 0 度下的有机碳碳化由来的炭和黑炭粒子的时间分解曲线表明( 图i d ) ， 有机碳碳化由来的炭的分解速度比黑炭粒子粒子的分解速度快得多。t g 曲线显示黑炭粒子在 o 4 0 0 d m i n 左右，而有机碳碳化由来的炭的失重速率在0 8 0 l m i n 左右( 图1 e 。f ) 。 我们的实验结果表明，大部分有机碳气溶胶可以通过在惰性气氛下加热而除去。而在有氧气氛 下，黑炭粒子的热分解温度和石墨有明显的区别，有机碳碳化由来的炭的热分解温度和黑炭粒子虽 然十分接近，但他们的分解速度有明显的区别。本实验结果说明我们可以通过控制温度，时间和气 体氛围来降低热分析法测定黑炭粒子浓度过程中的有机碳碳化干扰问题，利用热分解法可以比较准 确地测定黑炭粒子的浓度。 谢辞：本研究得到中国国家基金委( 4 0 5 7 5 0 6 6 ) 的支持，在此深表感谢。 参考文献： ( i 】j a c o b s o n , m z ( 2 0 0 0s t r o n gr a d i a t i v eh e a t i n gd u et 0t h em i x i n gs t a t eo fb l a c kc a r b o ni nt h ea t m o s p h e r i ca e r o s o l s n a t u r e4 0 9 ，6 5 9 - 6 9 7 【2 】y ujz h ，x u ，jha n dy a n g ，h ( 2 0 0 2 ) c h a r r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f a t m o s p h e r i co r g a n i cp a r t i c u l a t em a t t e ri nt h e r m a l a n a l y s i s e n v i r o n m e n t s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y , 3 6 ：7 5 4 - 7 6 1 通讯作者：f c n g f u f z u e d u c n 4 l 苎垄生全里兰查些全坠竺苎三生燮苎生兰查些垫查型全 【3 】y a n g ，h ，a n dy u ，jz ( 2 0 0 2 ) u n c e r t a i n t i e si nc h a r r i n gc o r r e c t i o ni nt h ea l y s bo fe l e m e n t a la n do r g a n i cc a r b o ni n a t m o s p h e r i c p a r t i c l e s b y t h e r m a i o p t i c a l m e t h o d s e n v i r o n m e n t a l s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y , 3 6 ：51 9 9 。52 0 4 - ”兰釜蕃荔；l ：。 “ 菇善薯荟篡芝j “。”4 兰函薹藁i ；：一 一“ “一 釜蔷磊：= 口“。一h 翟：咎磕；m 一“ 三；茹篡z = 一 圈1 热分解曲线。a 是石墨在有氧气氛下的分解温度曲线，b 是腐殖酸在惰性气体下的分解温度曲线，