Production et mesure des particules organiques dans un réacteur à flux Tube

Les réacteurs à tubes d’écoulement sont construits pour imiter les processus de production des particules organiques atmosphériques et sont utilisés pour étudier le mécanisme, les processus et la caractérisation des particules. L’avantage de l’utilisation d’un réacteur à tube d’écoulement est qu’il permet la synthèse rapide des particules d’aérosol à travers un large éventail de nombres de particules et de concentrations de masse. Pour la mise en place présentée ici, le réacteur à tube d’écoulement est équipé d’un injecteur transportable qui peut échantillonner des particules organiques à différents moments à l’intérieur du réacteur à débit.

Les particules sortant du tube d’écoulement sont analysées par divers types de techniques en ligne et hors ligne, y compris un sizer de particules de mobilité à balayage et un spectromètre de masse de particules d’aérosol. Et échantillonnera également sur les filtres à particules. Le tube d’écoulement est une plate-forme de réacteur appropriée pour effectuer des expériences post-analyse et rapidement en ligne, et l’analyse hors ligne des particules produites.

Les particules atmosphériques ont fait partie des effets du climat, de la santé humaine et de la visibilité. Le mécanisme de production des particules organiques reste toutefois insuffisamment caractérisé et n’est pas astucieux. Une approche pour résoudre ce problème est d’utiliser un réacteur à tube d’écoulement pour effectuer des études de laboratoire qui nous aident à comprendre la formation et le mécanisme de réaction pour les particules organiques.

Le réacteur de tube d’écoulement se compose de trois parties. La première partie de l’expérience du tube d’écoulement est l’injection de précurseur organique. Le système d’injection se compose de trois éléments.

Une pompe à seringues, une seringue en verre et une ampoule en verre à trois lag. La solution organique est continuellement injectée à l’aide de la pompe à seringues dans l’ampoule en verre, puis elle se vaporise. Ensuite, la vapeur est emmaillotée dans le tube d’écoulement où les réactions ont lieu pour produire une population de particules.

La deuxième partie du réacteur à tube d’écoulement se compose du tube d’écoulement lui-même et aussi d’un échantillonneur mobile. L’échantillonneur mobile peut contrôler le temps de résidence des particules à l’intérieur du tube d’écoulement de trois secondes à 42 secondes, donc nous aider à étudier le mécanisme corrosif pour ces particules organiques et aussi nous aider à changer le mécanisme brut entre la coagulation et la condensation se développe. La dernière partie du système des réacteurs à tube d’écoulement est celle des instruments qui analysent les particules organiques.

Nous avons le dimensionneur de particules de mobilité de balayage et l’analyseur de masse de particules d’aérosol pour étudier la concentration de masse de nombre et également étudier la forme des particules sortant du tube d’écoulement. Les protocoles d’exécution de l’expérience du tube d’écoulement sont indiqués ci-dessous. Injection de phase de gaz du réacteur de tube d’écoulement.

Selon le but des expériences, un large éventail de composés organiques volatils peuvent être utilisés comme précurseur organique pour l’expérience. Alpha pinene est utilisé ici comme un exemple pour la procédure d’injection du précurseur organique dans le réacteur à tube d’écoulement. Utilisez une micro-pipette pour retirer un millilitre de pinén alpha, puis transférez le liquide dans un flacon volumétrique de cinquante millilitres.

Utilisez deux butanol pour remplir la fiole volumétrique à cinquante millilitres diluant ainsi la pinne alpha par un rapport de un à 49. Agiter le flacon volumétrique pour bien mélanger le solvant et le soluté. Utilisez une seringue de cinq millilitres pour retirer la solution alpha pinene.

Rincer la seringue trois fois avec la solution, puis remplir toute la seringue. Enlevez les bulles dans la seringue. Connectez la seringue à une aiguille tranchante, puis déplacez la seringue sur un injecteur de seringues.

Insérez la pointe de l’aiguille dans le flacon du fond rond pour vaporiser la solution. Préchauffer le flacon vaporisateur à 135 plus ou moins un degré Celsius en ajustant la puissance du ruban chauffant. Réglez le débit de masse à 5 litres standard par minute.

Le but est d’introduire un flux doux de 5 litres standard par minute d’air purifié pour vaporiser et emporter la pinne alpha injectée par la seringue. Allumez l’injecteur de seringue et ajustez le taux d’éjection à une valeur définie par l’utilisateur. Flux passif d’air à quatre litres standard par minute à travers un générateur d’ozone.

Allumez le générateur d’ozone. Contrôler la concentration d’ozone aux valeurs appropriées en ajustant la longueur du tube de verre protégeant la lampe UV à l’intérieur du générateur. Allumez le moniteur de concentration d’ozone.

Effectuez les expériences après la stabilisation de la concentration d’ozone. Production de particules du réacteur à tube d’écoulement. Dévissez le bouchon à l’extrémité du réacteur du tube d’écoulement afin d’ajuster la position du tube de l’échantillonneur mobile à l’intérieur du réacteur du tube d’écoulement.

Changez ensuite différentes positions du tube de l’échantillonneur mobile pour obtenir des temps de résidence différents. Placez l’échantillonneur mobile au début du réacteur du tube d’écoulement pour obtenir le temps de résidence le plus court. Placez l’échantillonneur mobile à l’extrémité du réacteur du tube d’écoulement pour obtenir le temps de résidence le plus long.

Abritez le réacteur à tube d’écoulement dans une boîte en acier inoxydable à double paroi à température contrôlée. Effectuez une vérification des fuites et une vérification du niveau d’eau avant chaque série d’expériences. Réglez la température du thermostat dans le circulateur d’eau à 20 degrés Celsius.

Allumez le logiciel d’enregistrement de température dans l’ordinateur principal et réglez le temps d’échantillonnage des données à 10 secondes. Enregistrez la température mesurée à partir du capteur de température lorsque vous tournez sur le bouton d’enregistrement. Allumez le logiciel de moniteur de pression et réglez l’intervalle d’échantillonnage à 10 secondes.

Réglez la longueur d’échantillonnage à 36 000 points. Caractérisation de la population de particules produites du réacteur à tube d’écoulement. Connectez la sortie du réacteur à tube d’écoulement à un sizer de particules de mobilité à balayage par tube résistant à l’électrostatique.

Démarrez le logiciel qui enregistre la distribution du diamètre du nombre. Créez un nouveau fichier et chaque paramètre aux valeurs appropriées. Enregistrez les distributions de diamètre du nombre de particules sortant du réacteur du tube d’écoulement en cliquant sur le bouton Okay.

Connectez les deux entrées d’un bubbler d’eau à deux contrôleurs d’écoulement de masque afin d’ajuster l’humidité de l’air de sheathe dans le tube d’écoulement. Ajuster le débit des deux entrées de zéro à 10 litres standard par minute afin de changer l’humidité relative de l’air de sheathe de moins de 5% à plus de 95%Connectez la sortie du bubbler d’eau à l’entrée d’air de sheathe du tube de Nafion. Connectez la sortie du réacteur du tube d’écoulement à l’entrée principale d’échantillonnage du tube Nafion.

Connectez un capteur d’humidité relative à la sortie du tube Nafion. Mesurer l’humidité relative de l’air d’échantillonnage. Connectez la sortie de la configuration relative de contrôle de l’humidité à l’entrée d’un analyseur de mobilité différentielle.

Connectez la sortie de l’analyseur de mobilité différentielle à l’entrée de l’instrument APM par tube résistant à l’électrostatique. Connectez la sortie de l’APM à un compteur de particules de condensation. Allumez l’instrument APM et la boîte de commande APM en appuyant sur les boutons d’alimentation respectifs.

Cliquez sur le bouton Distance sur la boîte de commande APM afin que l’instrument puisse être actionné à partir de l’interface logicielle de l’ordinateur. Activez le logiciel de contrôle APM. Chargez un fichier de numérisation prédéfinit en cliquant sur les boutons Fichier et Charge tels qu’ils sont indiqués dans la vidéo.

Cliquez sur le bouton Démarrer du logiciel de contrôle APM pour que l’instrument APM commence à collecter des données. Nettoyez un substrat de silicium par un cycle d’eau de méthanol et encore du méthanol pour enlever les contaminants. Séchez le substrat à l’aide d’un léger flux d’azote.

Placer le substrat propre sur l’électrode de l’échantillonneur d’aérosol nanométrique. Fixez le bord du substrat avec du ruban adhésif pour le garder stable pendant la collecte. Allumez l’échantillonneur d’aérosol nanométrique.

Réglez la tension à moins 9,9 kilovolts. Réglez les débits à 1,8 litres par minute. Ensuite, retirez le substrat de silicium chargé de particules collectées de l’échantillonneur d’aérosol nanométrique.

Effectuer une analyse plus poussée des particules sur le substrat, comme la morphologie, en scannant l’analyse électronique, au microscope ou en surface. Résultats représentatifs. Il existe une gamme de concentrations de particules organiques qui peuvent être produites en fonction des concentrations sélectionnées de pinène alpha et d’ozone.

Comme le montre ce tableau, ces conditions ont produit 4,4 plus ou moins 6 à 6,3 plus ou moins 7 fois 10 aux cinq particules par centimètre en cubes et des concentrations de masse de 10 à un à 10 à quatre microgrammes par mètre coupés en cubes respectivement. L’évolution des caractéristiques dynamiques de la population de particules peut être étudiée à l’intérieur du réacteur à tube d’écoulement. Ce chiffre montre les distributions de diamètre du nombre de particules d’aérosol pour cette expérience.

La concentration totale du nombre et le diamètre du mode des particules ont augmenté avec le temps de résidence. La masse des particules et les diamètres de mobilité ont été utilisés pour calculer le facteur de forme dynamique kai à travers la sous-population de particules. Cette figure montre les facteurs de forme dynamique des particules sortant du tube d’écoulement à différents diamètres de mobilité et niveaux d’humidité.

À mesure que l’HR augmentait, le kai diminuait pour les trois populations pour atteindre une valeur finale de 1,02 plus ou moins 01 à 35 % d’humidité relative et correspondant à une incertitude quant aux particules sphériques. Le réacteur à tube d’écoulement décrit ci-dessus est un excellent outil pour les études des propriétés physiques ou chimiques et l’évolution des particules organiques. Cependant, le temps de résidence relativement court et la forte concentration de précurseurs limitent sa capacité à étudier les particules organiques formées dans des conditions ambiantes proches.

Nous avons montré que le tube d’écoulement peut synthétiser des particules à travers un très large éventail de concentrations de masse et de concentrations de nombres et est très approprié pour distinguer une particule brute de la coagulation à la condensation. Le tube d’écoulement convient également à la collecte de particules organiques sous une masse relativement élevée.