帶你瞭解氣溶膠的歷史:被廣泛應用,卻也問題多多

導讀:當氣溶膠的濃度達到足夠高時,將對人類健康造成威脅,尤其是對哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。空氣中的氣溶膠還能傳播真菌和病毒,這可能會導致一些地區疾病的流行和爆發。

今天我們一起來瞭解一下什麼是氣溶膠?

一、什麼是氣溶膠?

帶你瞭解氣溶膠的歷史:被廣泛應用,卻也問題多多

  • 氣溶膠

氣溶膠(aerosol)由固體或液體小質點分散並懸浮在氣體介質中形成的膠體分散體系,又稱氣體分散體系。

其分散相為固體或液體小質點,其大小為0.001~100μm,分散介質為氣體。液體氣溶膠通常稱為霧,固體氣溶膠通常稱為霧煙。

二、氣溶膠的分類

氣溶膠按其來源可分為一次氣溶膠(以微粒形式直接從發生源進入大氣)和二次氣溶膠(在大氣中由一次污染物轉化而生成)兩種。

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  • 大氣環境中細顆粒物粒徑范圍

三、氣溶膠的產生與消除

它們可以來自被風揚起的細灰和微塵、海水濺沫蒸發而成的鹽粒、火山爆發的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源;也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸以及各種工業排放的煙塵等人為源。

天空中的雲、霧、塵埃,工業上和運輸業上用的鍋爐和各種發動機裡未燃盡的燃料所形成的煙,采礦、采石場磨材和糧食加工時所形成的固體粉塵,人造的掩蔽煙幕和毒煙等都是氣溶膠的具體實例。

自然產生

天然氣溶膠:雲、霧、靄、煙、海鹽等。

生物氣溶膠:微粒中含有微生物或生物大分子等生物物質的稱為生物氣溶膠,其中含有微生物的稱為微生物氣溶膠。

人類產生

工業化氣溶膠:有殺蟲劑、消毒劑和衛生消毒劑、洗滌劑和清潔劑、蠟、油漆和發膠。

食用氣溶膠:攪拌過的奶油。

氣溶膠在醫學、環境科學、軍事學方面都有很大的應用。在醫學方面應用於治療呼吸道疾病的粉塵型藥的制備,因為粉塵型藥粉更能夠被呼吸道吸附而有利於疾病的治療。環境科學方面比如用衛星檢測火災。在軍事方面比如煙霧彈之類,還有可以制造氣溶膠煙霧來防禦激光武器。

消除:氣溶膠的消除,主要靠大氣的降水、小粒子間的碰並、凝聚、聚合和沉降過程。

四、氣溶膠的廣泛應用

1926年,挪威科學傢埃裡克·羅西姆首先想出瞭這個點子。美國人朱利葉斯·S·可汗想出瞭一次性使用的金屬霧筒。同樣來自美國的萊爾·達維·古德休則進一步研制瞭這一發明,使它成為可以上市的商品。1941年,第一批氣溶膠開始銷售。

氣溶膠在生活、工業、農業、國防和其他方面都已得到廣泛的應用。

生活:塗漆、清潔劑、擦光劑、除臭劑、香水、剃須乳劑,甚至摜奶油,都廣泛地以氣溶膠方式銷售。

另外,人們還證明它們在衛生保健上也是行之有效的,可用來治療某些呼吸器官的疾病。

工業:氣溶膠可以加快燃燒速率和充分利用燃料,噴霧幹燥可提高產品質量,已廣泛用於醫藥工業與洗衣粉的生產;氣溶膠滅火技術就是近幾十年發展起來的滅火技術,並成為哈龍滅火產品的代替物之一,也是應用在工民建消防領域的利器。氣溶膠滅火技術煙火技術和超微顆粒技術發展的結晶。在不斷的發展過程中,逐漸自我完善,在用於滅火救援時呈現出越來越好的優越性能。

農業:農藥的噴灑可提高藥效、降低藥品的消耗;利用氣溶膠進行人工降雨,可大大改善旱情。

國防:當激光在大氣中傳輸時,大氣中的各類氣體分子和氣溶膠粒子都會對激光產生吸收和散射,進而影響激光在大氣中的能量分佈。在軍事國防領域,激光武器、激光測距、激光雷達、激光制導等應用中,大氣氣溶膠所導致的大氣散射會使光束向四面八方發散,嚴重破壞激光的定向性和能量集中的特性,從而導致定向激光傳輸的作用距離縮短激光能量降低,嚴重時甚至造成打擊失效。因此研究氣溶膠的吸收和散射特征,得到激光衰減效應及其物理規律,在國防上,可以用來制造信號彈和遮蔽煙幕 。

五、氣溶膠的問題及影響

全球變暖:霧、煙、塵埃等是最常見的自然氣溶膠。通過對密封裝置的加壓,可從各種各樣的物質中產生氣溶膠,其中包括殺蟲劑、油漆、噴發定型劑等。這種物質與一種易於液化的氣體混合,一旦釋壓,後者會產生推進作用。人們普遍擔心,由於加入氟化物的碳氫化合物比空氣輕,因而會在大氣層中引起一系列反應,從而破壞臭氧層。因臭氧層保護地球上的生物免受紫外線的輻射,因此制定瞭一些措施,禁止在氣溶膠中使用加入氟化物的碳氫化合物。

環境污染:霾是大量極細微的幹塵粒等均勻地浮遊在空中,使水平能見度小於10公裡的空氣普遍混濁現象,這裡的幹塵粒指的是幹氣溶膠粒子。一般情況下,當能見度在1~10公裡時可能既有幹氣溶膠的影響(即霾的影響),也可能有水滴的貢獻(即輕霧的貢獻),且不易區分,所以就被稱為“霧-霾”現象,所以霧和霾的背後都與氣溶膠粒子有關。

工業城市上空的煙霧和工廠、礦井中的煙塵對人體健康危害極大(如矽肺),還有破壞大自然的酸雨以及易引起爆炸的粉塵,都和氣溶膠有關。

人體健康:造成大氣污染的空氣氣溶膠有煙霧、硫酸霧及光化學煙霧等。微粒物主要來源於工業生產、加工過程、各種鍋爐或爐灶排出的煙塵以及汽車排出的污染物及由它轉化成的二次污染物。氣溶膠在氣體介質中作佈朗運動,不因重力作用而沉降,因此,可長期懸浮於空氣之中。當氣溶膠的濃度達到足夠高時,可通過呼吸道,侵入人體,對人體健康造成危害,尤其是對哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。

空氣中的氣溶膠還能傳播真菌和病毒,這可能會導致一些地區疾病的流行和爆發。

農業影響:氣溶膠對氣候和環境的影響,必將影響植被的生長及農業生產。大氣氣溶膠包括的種類繁多,按成分來源,可將氣溶膠分為人為源氣溶膠(硫酸鹽類、氮化物類、氟化物類、黑碳類和金屬粉塵)和白然源氣溶膠(火山灰和沙塵類)。

大氣氣溶膠對植物的影響,一般通過改變植物光合有效輻射的數量和質量或氣候因瞭(溫度、降水,直接改變PAR)來影響植物的生長發育,即大氣中的氣溶膠粒瞭吸收、散射太陽輻射,使地面接受太陽輻射減少,導致植物PAR隨之減少,造成農作物生長受阻。

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