基於場致電離荷電的大氣細顆粒物粒徑譜測量方法研究

《基於場致電離荷電的大氣細顆粒物粒徑譜測量方法研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由王傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於場致電離荷電的大氣細顆粒物粒徑譜測量方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王傑
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

當前，城市群區域大氣複合污染問題日益嚴重，大氣細顆粒濃度不斷升高，加強細顆粒物粒徑譜分布測量對典型天氣（如灰霾）條件下細顆粒物污染特徵分析及追因溯源等具有重要意義。光散射方法無法實現納米級細顆粒物的直接檢測，而基於細顆粒物電遷移特性的測量方法難以實現粒徑譜的高分辨快速測量。本課題從大氣細顆粒物場致電離下的荷電特性入手，明確顆粒物電荷分布與自由離子密度、粒徑譜分布之間的影響機理和變化關係，以實現大氣細顆粒物粒徑譜測量的原位快速測量。 本課題在建立顆粒物荷電模型的基礎上，探尋細顆粒物電荷分布與粒徑、濃度的函式關係；通過場致電離荷電系統及微電流檢測系統平台搭建，完成顆粒物荷電效率和損失效率的測定；結合理論模擬與實驗結果，構建電荷平衡狀態下的顆粒物電荷分布、顆粒物粒徑譜分布及微電流測量之間的多參數模型，最終獲取顆粒物粒譜分布的提取方法，為顆粒物粒徑及濃度的快速精確測量奠定理論和套用基礎。

結題摘要

以臭氧和大氣細顆粒濃度的不斷升高為主要特徵的大氣複合型污染日益嚴重,各地灰霾事件頻發，加強顆粒物粒徑譜分布測量將更具現實意義。傳統光散射方法無法實現納米顆粒物測量，而基於顆粒物電遷率偏轉測量的方法單次測量周期長、系統複雜、價格昂貴、難以維護，無法滿足國內實際需求。為此我們研究了一種基於大氣細顆粒物的荷電特性的粒徑譜快速反演方法，在不依賴電遷移率測量的基礎上，通過電荷分布模型構建、細顆粒物高效荷電系統搭建及參數測量、顆粒物微電流測量、粒徑譜快速反演算法相結合，獲得了基於微電流檢測的大氣細顆粒物粒徑譜測量方法。 首先，完成了顆粒物荷電模型建立，獲取細顆粒物電荷分布與粒徑、濃度的函式關係，並數值模擬了細顆粒物在正電荷和負電荷荷電條件下的異同點。 其次，完成了基於場致電離的單極性、雙極性荷電系統的平台搭建，實現了荷電系統工作電壓、氣流流速、荷電效率、損失效率等的測量；同時，完成了大氣細顆粒物荷電微電流測試平台的搭建，實現了細顆粒物沉積微電流的初步測量。 最後，完成了基於細顆粒物微電流檢測的粒徑譜反演算法研究，給出了基於細顆粒物荷電的粒徑譜疊代反演方法。