Масс-спектрометрическое исследование гетерогенных процессов с участием сажи, характерной для верхней тропосферы

• Автор: Луховицкая, Екатерина Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ГЛАВА 1. САЖЕВЫЕ АЭРОЗОЛИ В ВЕРХНЕЙ ТРОПОСФЕРЕ

1. 1 Происхождение сажевых аэрозолей верхней тропосферы

1.2 Морфология сажевых аэрозолей

1.3 Химический состав

1.3.1 Лабораторная сажа

1.3.2 Сажа из камеры сгорания реактивного двигателя самолета

1.4 Взаимодействие азотной кислоты, оксидов азота, озона и гидроксил-радикала с лабораторными сажами

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Исследование гетерогенных реакций в проточном реакторе

2.1.1 Проточный реактор

2.1.2 Масс-спектрометр с химической ионизацией
2.1.3 Определение концентраций азотной кислоты и воды в проточном реакторе
2.1.4 Приготовление образцов сажи и способ их введения в проточный реактор
2.2 Исследование реакционной способности сажи с помощью ИК-спектроскопии
2.3 Определение концентрации сульфатов на поверхности сажи методом фотометрии
ГЛАВА 3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И ЛАБОРАТОРНОЙ САЖИ
3.1 Адсорбция азотной кислоты
3.1.1 Аппроксимация экспериментальных данных изотермами Френдлиха
3.1.2 Аппроксимация экспериментальных данных изотермами Ленгмюра-Френдлиха
3.1.3 ИК-спектр сажи
3.2 Теплота адсорбции
3.2.1 Определение теплоты адсорбции с помощью уравнения Вант-Гоффа
3.2.2 Определение теплоты адсорбции из изостер
3.3 Сравнение результатов исследований взаимодействия азотной кислоты с лабораторными сажами
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВОДЫ, СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ИХ СМЕСЕЙ НА АДСОРБЦИЮ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ НА САЖЕ,
ХАРАКТЕРНОЙ ДЛЯ ВЕРХНЕЙ ТРОПОСФЕРЫ
4.1 Взаимодействие азотной кислоты с лабораторной сажей в присутствии паров воды
4.2 Взаимодействие азотной кислоты с лабораторной сажей, обработанной парами серной кислоты
4.3 Зависимость адсорбции азотной кислоты на лабораторной саже, обработанной парами серной кислоты, от относительной влажности
4.4 Взаимодействие азотной кислоты с сажей из реактивного двигателя
4.5 Влияние воды на взаимодействие азотной кислоты с сажей из реактивного двигателя
ГЛАВА 5. ЗАРЯЖЕННЫЕ САЖЕВЫЕ АЭРОЗОЛИ
5.1 Определение константы скорости взаимодействия сажевых аэрозолей с ионами
5.1.1 Математическая модель взаимодействия сажевых аэрозолей с ионами
5.1.1.1 Кулоновское взаимодействие
5.1.1.2 Поляризационное взаимодействие
5.2 Взаимодействие сажевых аэрозолей с ионами в выхлопе самолета

ГЛАВА 6. ПОСЛЕДСТВИЯ ЭМИССИИ САЖЕВЫХ АЭРОЗОЛЕЙ В
АТМОСФЕРУ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Зависимость сигнала азотной кислоты от времени при Т = 273 К представлена на рис. 6. Масса образца 5.7 мг. Следует отметить, что при взаимодействии HNO) с SF~ образуется два иона (30): NO^-HF (HNO3) и NOj (HNOs(2')). Цифрой (2) обозначен второй канал для реакции (30 б). Оба сигнала описывают пики адсорбции и десорбции в начале и конце экспозиции образца сажи АКГ в пары азотной кислоты. Но ион NO~ образуется также и при взаимодействии SFt’6" с N205 (33). Для того, чтобы определить, какой из газов является источником сигнала NOj, необходимо провести дополнительное исследование взаимодействия сажи АКГ и N2O5.
На рис. 7 и рис. 8 представлены зависимости концентраций N205, HNO3, NO2 и HONO от времени при взаимодействии N205 с сажей АКГ при Т = 295К и 238 К, соответственно. Рассмотрим рис.7: в начале экспозиции образца сажи АКГ(t = 510 сек) концентрация N205 резко падает от 6-1011 см'3 до МО11 см'3. С течением времени происходит рост концентрации N2O3, к моменту времени t = 2700 сек она достигает значения 4.3-1011 см"3 и остается постоянной до конца эксперимента. По окончании экспозиции не наблюдается десорбция молекул N2O5, сигнал N205 возвращается к фоновому значению. Одновременно наблюдается образование молекул N02 и HONO и пики адсорбции/десорбции азотной кислоты. Аналогичное поведение относительно N205, N02, HONO и HNO3 наблюдается и при низкой температуре (рис.8).
Определим количество молекул N2Oj, адсорбирующихся на поверхности сажи АКГ, реагирующих с поверхностью образца с образованием диоксида азота N02. На рис. 9 построены зависимости отношения А N02/A N205 при Т = 295 К и Т = 238 К, где А N02 и А N205 - разность между концентрацией в определенный момент времени и начальным ее значением. Если предположить, что из одной молекулы N205 образуется одна молекула N02, то при Т = 295 К -90-70 % молекул N205 расходуются на образование молекул N02, а при Т = 238 К -70-20 %.