蔗糖/硫酸铵气溶胶的非理想混合特性

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有机和无机混合气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,在低相对湿度下常呈现半固态或玻璃态。本文采用激光悬浮拉曼技术、真空型傅里叶变换红外光谱仪、高速摄像-显微镜联用技术研究了蔗糖/硫酸铵((NH42SO4)混合气溶胶的吸湿和动力学控制的风化、传质、晶体增长过程,取得的实验结果如下:(1)采用激光悬浮拉曼技术,研究了纯蔗糖和蔗糖/硫酸铵的摩尔比(OIR)为4:1,2:1和1:1的混合气溶胶的传质过程。半径变化达平衡的特征时间来表征水的传质受阻情况。当OIR>1:1时,特征平衡时间在相对湿度(RH)小于30%的值比大于60%RH的大两个数量级。此外,OIR越大,同一相对湿度阶跃变化时达平衡所需特征时间就越长,表明水分子在蔗糖/硫酸铵混合气溶胶中的扩散能力主要取决于OIR的大小。(2)采用真空型傅里叶变换红外光谱仪研究了纯硫酸铵和蔗糖/硫酸铵(OIR=1:4,1:3和1:2)混合气溶胶的吸湿性和动力学控制的风化、成核过程。在相对湿度以1.2%min-1的速度线性下降过程中,纯硫酸气溶胶发生风化的相对湿度(ERH)为48.2%-36.1%;蔗糖/硫酸铵混合气溶胶(OIR=1:4,1:3和1:2)的ERH分别为44.7%-25.4%,43.2%-21.2%和41.7%-21.1%,当OIR>1:1时,硫酸铵不发生结晶。蔗糖/硫酸铵混合气溶胶在低相对湿度下黏度增大,抑制了硫酸铵晶体增长。硫酸铵异相成核速率在3.3?107 m-2 s-1-6.7?108 m-2 s-1之间,玻璃态蔗糖的加入使同一相对湿度下异相成核速率明显降低,此外还会使硫酸铵的潮解点变低。(3)高速摄像-显微镜联用技术研究了蔗糖/硫酸铵在湿度线性降低过程中液滴的形貌变化。纯硫酸铵液滴结晶时液滴表面被覆盖所需要的时间为0.08 s,OIR为1:4,1:3和1:2的蔗糖/硫酸铵液滴表面覆盖所需的时间分别为0.8 s,1.6 s和7.4 s。此外,OIR越大,液滴风化后形貌变化越小,表明结晶越不完全。
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