Естественные и искусственные аэрозоли доклад

Обновлено: 05.07.2024

Аэрозоль представляет собой особый тип смеси жидкости или твердого тела и газа, в рамках которой небольшие частицы жидкости или твердого тела равномерно распределены в объеме газа.

Классификация аэрозолей

Принято различать туманы – аэрозоли, в которых капли жидкости взвешены в газе (воздухе), и дым – аэрозоль, в котором взвешенные частицы представляют собой небольшие фрагменты твердого тела. Также к аэрозолям следует отнести пыль – смесь газообразного и твердого вещества, в которой частицы твердого тела имеют достаточно большие размеры (по сравнению с аналогичными частицами в дыму). Существуют смешанные аэрозоли – смеси, состоящие из частиц различной фазы (и происхождения).

Также принято разделять аэрозоли на естественные и искусственные (по характеру процессов, приводящих к образованию аэрозоля).

Особенности аэрозолей

К характерным свойствам аэрозолей относятся их способность сохранять взвешенное состояние, высокая подвижность молекул и частиц взвешенной жидкой или твердой фазы в объеме (за счет интенсивного броуновского движения), а также низкая вязкость подобной системы. Кроме того, частицы аэрозолей всегда оседают на поверхности при столкновении с ней (это свойство используется при создании аэрозольных красок).

Природные примеры аэрозолей

Примеры наиболее часто встречающихся в природе аэрозолей очевидны из классификации. Явление тумана – это появление разновидности аэрозоля, в которой капли воды, благодаря соответствующим температуре и давлению, взвешены в воздухе. Еще один пример – смог над крупными городами. Он образуется благодаря химическим реакциям ряда газов под действием солнечного света.

Примеры искусственных аэрозолей

Благодаря своим характерным свойствам, в быту аэрозоль используется для эффективного распыления жидкостей, например, освежителей воздуха. Кроме того, как было отмечено выше, аэрозоли используются для нанесения покрытий (защитных, лакокрасочных).

19.05.2008 (18:28) Общество >> Экология
Влияние антропогенного азота на океаническую биологию и атмосферный газ CO₂
Совокупность данных и многолетние исследования профессора Просперо из Майамского университета составить исторический контекстС 1980-х годов . >>

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Аэрозоли – дисперсные системы, состоящие из мелких частиц, взвешенных в воздухе или другом газе. [3, 65]

Аэрозоли классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы, по дисперсности и по методам получения.

По дисперсности аэрозоли с твердой дисперсной фазой разделяют, как и все дисперсные системы, на диспергационные и конденсационные аэрозоли. Диспергационные аэрозоли, образующиеся при измельчении твердых тел или распылении жидкостей имеют довольно крупные частицы и, как правило, полидисперсны. Аэрозоли, полученные методом конденсации из пересыщенных паров или в результате химических реакций обычно являются высокодисперсными системами с более однородными по размеру частицами. [1, 341]

Размер и форма частиц

Следует заметить, мельчайшие аэрозольные частицы формируются обычно из 20-30 молекул и имеют размер около 0,001 мкм или 1 нм, который часто принимают за минимальный размер аэрозольных частиц. [2, 11]

Ниже приведены размеры частиц (некоторых типичных аэрозолей) [1, 341]:Форма частиц аэрозолей зависит от агрегатного состояния вещества дисперсной фазы. В туманах капельки жидкости шарообразны. В дымах они могут иметь самую разнообразную форму: игольчатую, пластинчатую, звездообразную. В дымах частицы могут представлять собой и сложные агрегаты, тогда как в туманах столкновение капелек обычно приводит к коалесценции и образованию капелек большого размера [1, 341]

Методы разрушения аэрозолей

В настоящее время пристальное внимание уделяется проблеме удаления первопричин возникновения таких нежелательных явлений, как выбросы в атмосферу. Газообразные промышленные выбросы вредных примесей в основном представлены взвешенными частицами (аэрозоли) твердых веществ — пылью, дымом; жидкостей — туманом. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Промышленная пыль органического происхождения – это, например, угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др. Дымы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результате химических реакций, например при взаимодействии аммиака и хлороводорода, при окислении паров металлов в электрической дуге и т.д. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислоты: серной, фосфорной

Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдой дисперсной фазы — дымами; пыль относят к грубодисперсным аэрозолям. Размеры частиц в аэрозолях изменяются от нескольких миллиметров до 0,1 нм. Образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей, дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах.

Файлы: 1 файл

аэ (Автосохраненный).docx

Аэрозо́ль — (от греч. аer – воздух и лат. sol(utio) – раствор), дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе).

В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные.

Естественные аэрозоли образуются вследствие природных сил, например при вулканических извержениях, сочетании эрозии почвы с ветром, явлениях в атмосфере. Аэрозоли широко распространены в природе, к ним относятся: туманы, облака, грозовые тучи, почвенная и вулканическая пыль, взвешенная в воздухе, пыльные и песчаные бури (самум) и т. д. Облака – важнейшее звено в круговороте воды в природе; поглощая солнечные лучи и тепловое излучение Земли, они умеряют и жару, и холод. Пыльца многих растений распространяется ветром в виде аэрозоля. (Поля злаковых растений, цветение березы, тополя и т.д.) Так же распространяются многие семена и особенно споры. Аэрозоли – туманы над морским прибоем, вблизи водопадов и фонтанов, возникающая в них радуга доставляет человеку радость, эстетическое удовольствие.

Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной и производственной деятельности человека при измельчении горных и рудных пород, добыче каменного и бурого угля, сверлении, шлифовке различных материалов, неполном сгорании топлива в силовых установках, при сельскохозяйственных работах, переработке сельскохозяйственной продукции и др. Особенностями аэрозолей являются малая вязкость газовой дисперсионной среды и большой пробег молекул газа по сравнению с размером частиц. Поэтому, несмотря на сравнительно большой размер частиц в аэрозолях происходит интенсивное броуновское движение. Вследствие интенсивного броуновского движения и отсутствия факторов стабилизации, аэрозоли агрегатно неустойчивы. Частицы объединяются в крупные агрегаты, быстро оседающие в газовой среде.

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы в аэрозолях различают:

пыль (величина частиц более 10000 нм),

облака (10000 нм – 100 нм),

дымы (100 нм – 1 нм).

По химическому происхождению различают органические и неорганические.

По токсичности - токсичные и нетоксичные аэрозоли.

Биологические аэрозоли — аэрозоли, частицы которых несут на себе жизнеспособные микроорганизмы или токсины.

Радиоактивные аэрозоли — естественные или искусственные аэрозоли с радиоактивной дисперсной фазой.

Для оценки опасности и вредности для здоровья человека наряду со степенью дисперсности аэрозолей основным показателем служит весовая концентрация (число миллиграммов распыленного вещества в 1 м3 воздуха).

Биологические аэрозоли. В результате испарения и высыхания жидкости и попадания с пылью в воздух экскрементов больных животных и человека, а также при выделении в воздух больными при кашле и чиханье возбудителей некоторых инфекционных болезней образуются биологические аэрозоли. В организм человека они попадают в основном через органы дыхания. В

определенных условиях при попадании в организм аэрозоли способны вызывать профессиональные и аллергические заболевания: пневмокониозы, пневмомикозы, бронхиты, бронхоальвеолиты, бронхиальную астму и др.

Токсичные аэрозоли вызывают острые и хронические отравления. В воздухе производственных помещений и рабочей зоны и в воздухе населенных мест концентрация опасных для здоровья веществ в виде аэрозолей регламентируется предельно допустимыми концентрациями. Радиоактивные аэрозоли, частицы которых содержат радиоактивные изотопы, характеризуются, кроме обычных для аэрозолей показателей, величиной радиоактивности в частице, распределением радиоактивности по объему аэрозоля и др. Концентрация радиоактивных аэрозолей выражается в виде количества радиоактивности на единицу объема воздуха. Основная опасность радиоактивных аэрозолей заключается в попадании их в организм человека, где они либо откладываются в тканях легких, либо поступают в кровоток и распределяются в различных органах и тканях. В производственных условиях концентрация радиоактивных аэрозолей регламентируется "Нормами радиационной безопасности" (НРБ).

Рассмотрим теперь явления термофореза, фотофореза и термопреципитации, связанные с молекулярно-кинетическими свойствами и характерные для дисперсных систем с газовой дисперсионной средой.

Явление термофореза заключается в движении частиц аэрозоля в направлении снижения температуры. При соблюдении условия λ/ r >>1 (т.е. когда частицы малы) термофорез возникает вследствие того, что на более нагретую сторону частицы молекулы газа налетают с большей скоростью, чем на менее нагретую, и, следовательно, сообщают частице импульс в направлении понижения температуры.

Фотофорез, заключающийся в передвижении частиц аэрозоля при одностороннем их освещении, является частным случаем термофореза. Термофорез и фотофорез имеют большое значение в движении атмосферных аэрозолей, например, при образовании облаков. Термофорез водяных капелек, взвешенных в воздухе, возникает при соприкосновении холодных и теплых воздушных масс, а фотофорез происходит в результате освещения облаков солнечными лучами. Следует отметить, что кинетическая устойчивость атмосферных аэрозолей весьма своеобразна.

Специфическая адсорбция газовых ионов на частицах аэрозолей значительно осложняет оценку зарядов частиц. Такая адсорбция характерна для частиц, имеющих химическое сродство к газовым ионам, или для систем, в которых электрический потенциал на межфазной границе возникает еще при их образовании. Межфазный потенциал может возникнуть при условии резко выраженного различия полярных свойств среды и дисперсной фазы. Примером могут быть аэрозоли воды и снега; ориентация молекул воды на поверхности частиц по оценке А.Н. Фрумкина обусловливает электрический потенциал порядка 0.25 В. Электрический заряд на частицах может появиться и в процессе диспергирования полярных веществ, когда частицы, отрываясь, захватывают заряд с поверхности макротела (баллоэлектризация). Баллоэлектрический эффект связан с разрывом ДЭС и неравномерным распределением зарядов на дочерних капельках. Опыт показывает, что крупные и мелкие капли приобретают при разрыве заряды различных знаков.

Рассмотрим теперь электрические процессы, протекающие в больших объемах аэрозоля, частицы которого приобрели заряды одним из возможных способов, например, вследствие ориентации полярных молекул жидкой фазы.

Оседание заряженных частиц приводит к возникновению потенциала оседания, иначе говоря, электрического поля в вертикальном направлении. Если не принимать во внимание силу тяжести и считать, что частица движется вдоль электрического поля, то, когда частица приобретает постоянную скорость движения, и электрическая сила будет равна силе трения:

где Е – напряженность поля, q – заряд частицы.

При соблюдении закона Стокса скорость движения частицы равна

При учете гравитационного поля, направление которого противоположно электрическому полю, скорость движения частицы выражается уравнением:

где m – масса частицы.

В облаках постоянно изменяется дисперсность капель воды, вследствие чего происходит седиментационное разделение частиц по размеру и соответственно по электрическому заряду. В результате нижний слой облака приобретает отрицательный заряд, а верхний слой остается положительно заряженным. Напряженность возникающего электрического поля можно оценить, принимая, что при седиментации устанавливается стационарное состояние, когда конвективный ток, обусловленный переносом зарядов падающими каплями, компенсируется током проводимости в газе, протекающим в противоположном направлении (обусловленным возникающим градиентом потенциала), т.е.

Конвективный ток и ток проводимости определяются соответственно выражениями

где ν – частичная концентрация, κ – удельная электропроводность аэрозоля.

Принимая во внимание выражение из электростатики, связывающее заряд q и потенциал φ для сферической частицы, имеем:

Подставляя выражение (2.14) в (2.16) и учитывая (2.15), получим

Полученное уравнение позволяет оценить напряженность электрического поля, возникающего в облаках, если известен электрический потенциал на поверхности капли. Принимая φ = 0.25 В, η = 1.7•10-5 Па•с, κ = 4•10-14 См/м, радиус капель r = 10-5 м и m = 5•10-12кг при ν = 1010 частиц/м3, получим Е ~ 20 кВ/м. Это значение по порядку близко к наблюдаемому. Однако при значительной полидисперсности капель облака, а также при конвекционных токах, обусловленных ветром, в облаке могут возникать и гораздо большие напряженности (Е>30 кВ/м), приводящие к грозовым явлениям.

К разрушению аэрозолей приходится прибегать, если из аэрозоля нужно выделить дисперсную фазу, например, при улавливании из дыма металлургических печей содержащихся в нем ценных продуктов, либо при очистке газов или воздуха. Большинство методов разрушения аэрозолей связано с интенсификацией процессов коагуляции, коалесценции или прилипания частиц аэрозоля к поверхностям, а также процессов седиментации (путем изменения скорости и потока направления аэрозоля при инерционном движении). Рассмотрим существующие методы разрушения аэрозолей, основанные на указанных принципах.

Выделение дисперсной фазы из аэрозоля путем изменения скорости и направления потока аэрозоля (инерционное осаждение) осуществляют обычно с помощью пылевых камер или центробежных отделителей, называемых циклонами. При изменении направления газовых потоков на частицы действуют силы инерции: ударяясь о стенки газоходов, они резко теряют скорость и оседают. Циклоны представляют собой металлические цилиндры, в которых аэрозоль движется по спирали сверху вниз. При этом частицы оседают на стенках цилиндра, а освобожденный от них газ поднимается по специальной трубе и выводится из циклона. Движение газа в циклоне схематически показано на рис.2.1. Этот способ применяется лишь для разрушения сравнительно грубых аэрозолей, содержащих частицы диаметром более 3 мкм.

С помощью фильтрации от газовой фазы можно отделить гораздо более мелкие частицы. Фильтры применяют в противогазах для задержания частиц ядовитых дымов, для получения стерильного воздуха и в ряде других случаев. Существуют сетчатые и волокнистые фильтры.

Сетчатые фильтры служат для задержания сравнительно грубых частиц аэрозолей. Их изготавливают из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие этих фильтров основано на механическом задерживании больших частиц, не проходящих через ячейки сетки, а также на инерционном осаждении частиц. Эффективность сетчатых фильтров заметно увеличивается по мере забивания их отфильтрованной дисперсной фазой, поскольку в результате образования на поверхности фильтра слоя пыли уменьшается диаметр отверстий, через который протекает поток аэрозоля. Поэтому иногда на тканевые фильтры перед их использованием наносят асбестовую пыль, особенно эффективную при фильтрации; либо при очистке тканевых фильтров на их поверхности целесообразно оставлять часть пылевого слоя.

Аэрозоль — это коллоидная дисперсия жидких или твердых частиц (диаметром 0,1–100 мкм) в газе. Например, это дым (твердые частицы в воздухе), туман и дымка в атмосфере. В больших количествах аэрозоли часто рассматриваются как загрязнители. Частицы аэрозоля могут оставаться в суспензии в течение нескольких часов или даже неопределенно долгое время.

Коммерческие аэрозольные спреи широко используются в качестве инсектицидов, освежителей воздуха, красок, косметики и т. д.

Три различных типа аэрозоля значительно влияют на климат Земли. Это вулканические аэрозоли, пустынная пыль и искусственные аэрозоли.

Вулканический аэрозоль

Вулканический аэрозольный слой образуется в стратосфере после сильных извержений вулканов. В основном аэрозольный слой образуется газообразным диоксидом серы, который превращается в капли серной кислоты в стратосфере в течение недели или нескольких месяцев после извержения. Ветры в стратосфере распространяют аэрозоли до тех пор, пока они практически не покроют весь земной шар. После образования эти аэрозоли остаются в стратосфере около двух лет.

Вулканические аэрозоли хорошо отражают солнечный свет, уменьшая количество энергии, достигающей нижних слоев атмосферы и поверхности Земли, охлаждая их.

Пустынная пыль

Вторым типом аэрозоля, который может оказать существенное влияние на климат, является пыль пустынь. Снимки, полученные с метеорологических спутников часто показывают пылевые завесы, стекающие к Атлантическому океану из пустынь Северной Африки. Подобные завесы пыли стекают с пустынь и на азиатском континенте. Частицы в этих пылевых струях представляют собой мельчайшие частицы грязи, выдуваемые с поверхности пустыни. Однако они относительно велики для атмосферных аэрозолей. И поэтому, как правило, очень быстро выпадают из атмосферы. Если, конечно, они не были унесены на относительно большие высоты (5 километров и выше) интенсивными пыльными бурями.

Поскольку пыль состоит из минералов, ее частицы поглощают солнечный свет. А также рассеивают его. Благодаря поглощению солнечного света частицы пыли нагревают слой атмосферы, в котором они находятся. Считается, что этот более теплый воздух препятствует образованию грозовых облаков. Считается также, что из-за подавления грозовых облаков выпадает меньше дождя. Что способствует дальнейшему расширению пустыни.

Искусственный аэрозоль

Третий тип аэрозолей возник в результате человеческой деятельности. Концентрация антропогенных сульфатных аэрозолей в атмосфере начала быстро расти с начала промышленной революции. Считается, что при современных уровнях производства антропогенные сульфатные аэрозоли перевешивают природные сульфатные аэрозоли.

Концентрация аэрозолей является самой высокой в северном полушарии, где сосредоточена основная промышленная деятельность. Сульфатные аэрозоли не поглощают солнечный свет. Но они могут отражать его. Тем самым уменьшая количество солнечного света, достигающего поверхности Земли. Считается, что сульфатные аэрозоли выживают в атмосфере в течение 3-5 дней.

Сульфатные аэрозоли также попадают в облака, где они вызывают увеличение количества облачных капель. Но, при этом, уменьшают размеры самих капель. Это приводит к тому, что что облака начинают отражать больше солнечного света, чем без присутствия сульфатных аэрозолей. В дополнение к тому, что облака становятся более отражающими, также считается, что дополнительные аэрозоли заставляют загрязненные облака жить дольше. И отражать больше солнечного света, чем незагрязненные облака.

Климатическое воздействие аэрозолей

Ожидается, что дополнительное отражение, вызванное загрязнением аэрозолями, окажет влияние на климат, сравнимое по силе с возрастающими концентрациями атмосферных газов. Однако эффект от аэрозолей будет противоположен эффекту увеличения следовых газов в атмосфере. Они спровоцируют охлаждение, а не нагревание атмосферы.

Ожидается, что согревающий эффект парниковых газов будет иметь место повсюду. Однако охлаждающий эффект аэрозолей будет в некоторой степени зависеть от региона. То есть расположения промышленных зон. Никто не знает, чем закончится потепление атмосферы в одних регионах и похолодание в других. Климатические модели все еще слишком примитивны, чтобы дать нам надежную информацию о возможных результатах. Текущие наблюдения накопления аэрозолей доступны только для нескольких мест по всему земному шару. И эти наблюдения являются фрагментарными.

Понимание того, сколько загрязнителей на основе серы присутствует в атмосфере, очень важно для оценки эффективности существующих стратегий борьбы с загрязнением атмосферы диоксидом серы.

Читайте также: