Том 24, номер 09, статья № 3

Аннотация:

Приведен обзор экспериментальных и теоретических исследований образования аэрозолей нано- и субмикронного размера. Показано, что результаты классической теории кинетики зарождения и роста аэрозольных частиц существенно расходятся с данными экспериментальных исследований. Причиной существенных количественных (до 4 порядков) и качественных расхождений является неучет в теоретической модели влияния на формирование спектра размеров образующихся аэрозольных частиц зависимости константы коагуляции от размера кластера. Предложена теоретическая модель с использованием решения системы коагуляционных уравнений Смолуховского для описания формирования спектра размеров нано- и субмикронных аэрозольных частиц. Сравнение с результатами исследований, проведенных в полевых условиях и лаборатории, показало хорошее согласие между расчетами и экспериментальными данными.

Ключевые слова:

моделирование, наночастицы, коагуляция, кинетика, фотолиз

Список литературы:

1. Friedlander S.K. Smoke, dust and haze. N.Y.: John Wiley & Sons, 1977. 317 p.
2. Recent development in aerosol science / Ed. by D.T. Shaw. N.Y.: John Wiley & Sons, 1976. 325 p.
3. Seinfeld J.H. Atmospheric chemistry and physics of air pollution. N.Y.: John Wiley & Sons, 1986. 738 p.
4. Atmospheric aerosols and nucleation. Lecture notes in physics / Ed. by P.E. Wagner, G. Vali. Berlin: Springer-Verlag, 1988. V. 309. 729 p.
5. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации. М.: Химия, 1972. 304 с.
6. Горбунов В.Н., Пирумов У.Г., Рыжов Ю.А. Неравновесная конденсация в высокоскоростных потоках газа. М.: Машиностроение, 1984. 200 с.
7. Петрянов И.В., Сутугин А.Г. История развития представлений о процессах образования конденсационных аэрозолей и их современное состояние // Коллоид. ж. 1989. Т. 51, № 3. С. 480-489.
8. Flagan R.C., Friedlander S.K. Particle formation in pulverized coal combustion: A review // Recent develo-pment in aerosol science / D.T. Saw (eds.). N.Y.: John Wiley & Sons, 1978. P. 25-59.
9. Proc. 1989 European aerosol conference. Vienna, Austria, 18-23 September 1989 // Aerosol Sci. 1989. V. 20, N 8. P. 1624.
10. Mc Murry P.H., Friedlander S.K. New particle formation in the present of an aerosol // Atmos. Environ. 1979. V. 13. P. 1635-1651.
11. Киричевсий Г.А. Нуклеация в пересыщенном водяном паре в камере Вильсона: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Одесса: Одесск. ун-т, 1988. 16 с.
12. Улявичюс В.А. Исследование мелкодисперсного аэрозоля методом электрической спектроскопии: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М.: ГНЦ НИФХИ им. Л.Я. Карпова, 1989. 12 c.
13. Okuyama K., Kousaka Y., Waren O.R., Flagan R.C., Seinfeld J.H. Homoheneous Nucleation by Continuous Mixing of High Temperature Vapor with Room Temperature Gas // Aerosol Sci. and Technol. 1987. V. 6, N 1. P. 15-27.
14. Stern J.E., Flagan R.C., Seinfeld J.H. Aerosol dynamics in atmospheric aromatic photooxidation // Aerosol Sci. and Technol. 1989. V. 10, N 3. P. 515-534.
15. Коденев Г.Г., Балдин М.Н., Ваганов В.С. О применимости формулы Томсона к малым кластерам // Физика кластеров. Новосибирск: ИТ СО РАН, 1987. C. 110-115.
16. Рыбин Е.Н., Панкратова М.Е., Коган Я.И. Экспериментальное определение скоростей спонтанной нуклеации // Ж. физ. химии. 1976. Т. 50, вып. 3. С. 769-771.
17. Рыбин Е.Н., Панкратова М.Е., Коган Я.И. Исследование спонтанной нуклеации в пересыщенных парах малолетучих жидкостей // Ж. физ. химии. 1977. T. 51, вып. 5. С. 1036-1040.
18. Gelbard F., Seinfeld J.H. Numerical Solution of the Dinamic Equation for particulate Systems // J. Comput. Phys. 1978. V. 28. P. 357-368.
19. Gelbard F., Seinfeld J.H. The general dinamic equation for aerosol. Theory and application to aerosol formation and growht // J. Colloid and Interface Sci. 1979. V. 68, N 2. P. 363-382.
20. Куценогий К.П., Левыкин А.И., Сабельфельд К.К. Численное моделирование кинетики аэрозолеобразования в режиме свободно-молекулярных столкновений. Препр. / ВЦ СО РАН (Новосибирск). 1992. № 960. 27 с.
21. Koutzenogii K.P., Levykin A.I., Sabelfeld K.K. Kinetiks of aerosol formation in the free molecule regime in presence of condensable vapor // J. Aerosol Sci. 1996. V. 27, N 5. P. 665-679.
22. Koutsenogii K.P., Levykin A.I. Numerical simulation of the kinetics of size spectrum formation of a submicron aerosol of coagulation in the free molecular collision mode // Atmos. Ocean. Opt. 1999. V. 12, N 1. P. 85-88.
23. Ankilov A.N., Baklanov A.M., Mavliev R.A., Eremenko S.I., Reischl G.P., Majerowich A. Comparison of Novosibirsk Automated Diffusion Battery with Vienna Electro Mobility Spectrometer // J. Aerosol Sci. 1991. V. 22, N 2. S. 325-330.
24. Коган Я.И. Молекулярные ядра конденсации // Докл. АН СССР. 1965. Т. 161. С. 388-391.
25. Ваганов В.С., Коденев Г.Г., Рубахин Е.А. Экспериментальное изучение зародышеобразования в пересыщенных парах дибутилфталата. Препр. / Институт геологии и геофизики СО АН СССР (Новосибирск). 1985. № 14. 25 с.
26. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы. Кавитация // Ж. эксперим. и теор. физ. 1942. № 12. C. 525-538.
27. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов. Т. III. Кинетическая теория жидкостей. М.: Изд. АН СССР, 1959. 460 с.
28. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация. М.: Металлургия, 1966. 350 с.
29. Seinfeld J.H., Pandis S.P. Atmospheric chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change. N.Y.: John Wiley & Sons, 1998. 1326 p.
30. Whitby K.T., Cantrell B. Fine particles in International Conference on Environmental Sensing and Assessment. Las Vegas, NV, Institute of Electrical and Electronic Engineers. 1976.
31. Koutsenogii P. Measurements of Remote Continental Aerosol in Siberia: Ph.D. Dissertation. Johannes Gutenberg University in Mainz, 1992. 106 p.
32. Koutsenogii P., Jaenicke R. Number concentration and size distribution of atmospheric aerosol in Siberia // J. Aerosol Sci. 1995. V. 25, N 2. P. 377-383.
33. Dubtsov S.N., Skubnevskaya G.I., Kutzenogii K.P. Participation of ozone in photochemical aerosol formation of haloidbenzenes in the air // J. Aerosol Sci. 1992. V. 23, N 2. P. 181-189.
34. Dubtsov S.N., Koutzenogii K.P., Levykin A.I., Skubnevskaya G.I. Photochemical aerosol formation of haloidbenzenes - comparison between theory and experiment // J. Aerosol Sci. 1995. V. 26, N 5. P. 705-706.
35. Дубцов С.Н. Исследование кинетики фотолиза и фотонуклеации галоидбензолов: Дис. … канд. хим. наук. Новосибирск: ИХКиГ СО РАН, 1993. 138 c.
36. Коган Я.И., Бурнашева З.А. Укрупнение и измерение ядер конденсации в непрерывном потоке // Ж. физ. хим. 1960. Т. 34, № 12. С. 2630-2639.
37. Анкилов А.Н., Бородулин А.И., Герзон С.С., Гольдман Б.М., Куценогий К.П., Гривин В.П., Жидков В.Д., Семенов А.Г., Фоменко В.М. Фотоэлектрический анализатор аэрозольных частиц // Тр. ИЭМ. 1977. Вып. 7(15). С. 22-32.
38. Isamu Kusaka. Statistical mechanics of nucleation: Incorporating translational and rotational free energy into thermodynamics of a microdroplet // Phys. Rev. 2006. E73. P. 031607-1-031607-10.
39. Фукс Н.А., Сутугин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли // Итоги науки. Серия Химия. Физическая химия. М.: ВИНИТИ, 1969. 83 c.
40. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 351 с.
41. Wiedensohler A., Aalto P., Covert D., Heihtzenberg J., McMurry P.H. Intercomparison of three methods to determine size distributions of ultrafine aerosols with low number concentrations // J. Aerosol Sci. 1993. V. 24, N 4. P. 551-554.
42. Flagan R.C., Wang S.C., Yin F.D., Seinfeld J.H., Reischl G., Winklmayr W., Karch R. Electrical mobility measurements of ne-particle formation during chamber studies of atmospheric photochemicalreactions // Environ. Sci. and Technol. 1991. V. 25. P. 883-890.
43. Knutson E.O., Tu K.W., Solomon S.B., Strong J. Intercomparison of Three Diffusion Batteries for the Measurement of Radon Decay Product Particle Size Distributions // Radiation Product Dosimetry. 1988. V. 24, N 2. P. 261-268.
44. McDermott W.T., Ockovic R.C., Stolzenbur M.R. Counting efficiency of animproved 30-A condensation nucleus counter // Aerosol Sci. and Technol. 1991. V. 14, N 2. P. 278-287.
45. Reischl G.P. Measurement of ambient aerosols by the differential mobility analyser method: Concepts and realization criteria for the size range between 2 and 500 nm // Aerosol Sci. and Technol. 1991. V. 14, N 2. P. 5-24.
46. Stolzenburg M.R., McMurry P.H. An ultrafine aerosol condensation nucleus counter // Aerosol Sci. and Technol. 1991. V. 14, N 1. P. 48-65.
47. Winklmayr W., Reischl G.P., Lindner A.O., Berner A. A new electromobility spectrometer for the measurement of aerosol size distributions in the size range from 1 to 1000 nm // J. Aerosol Sci. 1991. V. 22, N 3. P. 289-296.
48. Lothe J., Paund G.M. Reconsiderations of nucleation theory // J. Chem. Phys. 1962. V. 36. P. 2080-2085.
49. Rao N.P., McMurry P.H. Nucleation and growth of aerosol in chemically reacting systems // Aerosol Sci. and Technol. 1989. V. 14, N 2. P. 120-132.
50. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. СПб.: Химиздат, 2001. 352 c.
51. Исидоров В.А. Экологическая химия. СПб.: Химиздат, 2001. 304 c.
52. Reiss H., Kegel W.K., Katz J.L. Role of the model dependent translational volume scale in the classical theory of nucleation // J. Phys. Chem. A. 1998. V. 102. P. 8548-8555.
53. Беданов В.М., Ваганов B.C., Гадияк Г.В., Коденев Г.Г. Моделирование испарения кластеров в вакуум. Препр. / Институт геологии и геофизики СО АН СССР (Новосибирск). 1985. № 9. 20 с.
54. Коденев Г.Г. Образование флуктуирующих зародышей в пересыщенном паре. Препр. / Институт геологии и геофизики СО АН СССР (Новосибирск). 1984. № 3. 11 с.
55. Вегенер П. Явление конденсации в соплах. Гомогенное образование зародышей при конденсации // Гетерогенное горение. М.: Мир, 1967. С. 477-498.
56. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change. Second Edition. N.Y.: John Wiley & Sons, 2006. 1203 p.