当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第五章 颗粒污染物控制技术基础 > 5-2 颗粒物的形貌特征 > Video
同学们好！大家一定很好奇，导致霾的颗粒物到底长什么样
这一讲我们就一起来学习颗粒物的形貌特征
大家可能以为颗粒物就像沙子一样，类似于球形
实际上，大气颗粒物的形貌很复杂
并不都是规则的球形颗粒物
我们可以用圆球度、形貌因子和分形维数等
来表征颗粒物的形貌特征
圆球度用来表示颗粒形状与圆球形颗粒不一致的程度
圆球度的定义为与颗粒与颗粒体积相等的
圆球的表面积与颗粒的表面积之比
因为在给定体积下，球体的表面积最小
所以圆球度总是小于1
这个表给出了一些颗粒的圆球度实测值
大部分颗粒的圆球度在0.5到0.8的范围内
形貌因子用于描述非球形颗粒物在流场阻力作用下的运动
定义为相同速度下
颗粒物所受阻力与等体积的球形颗粒物所受阻力之比
我们之前介绍的空气动力学当量直径和斯托克斯直径
实际上已经考虑了形貌因子
分形维数是表征颗粒物团簇中所含单个超细颗粒物数目
随粒径变化关系的参数
用来描述颗粒物向三维空间延伸的程度
对于直链状的颗粒物，超细颗粒物只在一个方向上排列
分形维数等于1；对于球形颗粒物
物质在各个方向上均匀分布，所以分形维数等于3
那么如何确定颗粒物的分形维数呢
最直观的方法是采用显微镜法
1973年，McCrone和Delly利用光学显微镜得到了粗颗粒的图集
随着核物理技术的发展，颗粒物显微分析的精度大大提高了
目前单个颗粒物的显微结构主要是用扫描电子显微镜
透射电子显微镜、原子力显微镜等观测
这些方法大部分是利用高能粒子束入射颗粒物表面
收集高能粒子束和颗粒物表面原子相互作用激发的物理信号
如特征射线、二次电子、透射电子等, 经过分析得出
相关高分辨率的微区形貌、成分或结构信号
从而得到单颗粒物的形貌、粒度、结构、化学成分等
其中电子显微镜与能谱(EDX)联用
是最为简便的单颗粒显微分析技术
对于聚合颗粒物，分形维数除了通过
显微分析的方法计算得到，也可以直接测量
在静电力和离心力平衡的条件下可以得到单个颗粒物的质量
通过测量颗粒物质量随粒径的变化关系
便可以推算出颗粒物的分形维数
这种方法虽然不能得到颗粒物的形貌图片
但却可以在线分析小至50 nm的颗粒物
下面就让我们来看一下显微镜下颗粒物的样子
我们这里看到的是在大气中广泛存在的链状颗粒物
其形貌特征比较明显，其中有很多具有分形特征
链状颗粒物是典型的碳粒聚集体，也叫soot
通常由粒度为50~100nm左右的球形或椭球形超细颗粒物组成
链状颗粒物来自燃烧污染源
如燃煤、柴油车尾气、生物质燃烧等
球形粒子是比较容易识别的一类颗粒物
它们呈规则的圆球形，通常表面光滑
球形粒子可能主要来自于煤炭和生物质燃烧
其中，燃煤飞灰是在高温下熔融的铝硅酸盐矿物
随烟气排放到大气后快速冷凝而形成的
主要成分为铝、硅、钙等元素。在燃烧条件不好时
未完全燃烧的煤胞也可能直接形成主要成分为碳质的球形粒子
X射线能谱分析显示
d 图中的球形离子主要成分为Si和Al，并含有Na\Mg、S和N
表明燃煤飞灰的表面覆盖一层盐类成份
这里看到的是似圆形颗粒物
似圆状粒子呈近似球形的外观
但又明显不同于飞灰，没有飞灰的表面那样光滑
有些表面比较粗糙，有些形状不如燃煤飞灰规则
在电子轰击前后，似圆状粒子的形貌发生变化
但其能谱图中N和S的峰却没有显著变化
表明部分物质已经挥发，挥发的是碳质有机物
因此某些似圆状粒子可能是盐类和有机物的混合物
长条状粒子也容易识别。
但不同地区长条状粒子的成分不同
例如，深圳市夏季大气中的长条状粒子主要为老化的海盐
而北京长条状粒子包括典型的Ca-K-S粒子
含硫酸钙粒子和含硫粒子三种
还有一些粒子，局部具有规则的形态
但又明显不同于链状、长条状和似圆状
其成分主要属于盐类
有很多粒子并不是以单个颗粒物的形式存在
而是和其它组分如碳质颗粒等内部混合
这可能是其局部具有了似圆状或长条状
立方体状等形态的原因
这个像糖块一样的颗粒物是什么呢
我们叫它立方体粒子，其主要成分是海盐，在海滨较常见
海浪和气泡破裂产生的飞沫在进入大气以后
会结晶生成具有立方体形态的海盐颗粒
但也有很多海盐粒子是以似圆状或者不规则状存在的
等效球形直径大于或接近1微米的颗粒物
其形状大部分是不规则的
它们主要是通过机械力的作用产生的
包括风起扬尘、建筑扬尘以及某些工业无组织排放等
此外，颗粒物中还含有微生物或生物大分子等生物物质
我们称之为生物气溶胶
不同种类的生物气溶胶一般具有特殊的形态，易于识别
生物气溶胶可能是由生物所释放的颗粒物
也可能就是微生物自身
这里g图里就是一种昆虫的排泄物
观察颗粒物的形貌特征，还可以帮助我们
了解颗粒物的结构、大小、化学组分和来源
并增进对颗粒物表面积、形成与老化机理、消光特性等的认识
例如，各种形貌的单颗粒一般都具有相对独特的化学组成特征
从而可以较为粗略地表征其来源
链状颗粒可以代表燃烧源特别是机动车尾气的贡献
球形颗粒可以反映燃煤的影响
不规则颗粒可以代表扬尘的贡献，长条状、似圆状
局部规则细颗粒则可以反映二次颗粒物的影响
有关颗粒物的形貌特征
我们就学习到这里，同学们再见
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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-附加：--Exercise
