本發(fā)明涉及大氣顆粒物的采樣與測試，尤其適用于濾膜上附著顆粒物再次飛揚(yáng)的測試。
背景技術(shù)：
我國大氣顆粒物污染嚴(yán)重，尤其是PM2.5、PM10等微細(xì)顆粒物普遍超標(biāo)，空氣質(zhì)量、大氣能見度和人體健康均受到極大的影響和威脅。準(zhǔn)確分析和測試顆粒物的理化性質(zhì)是有針對性地制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)以及控制措施的重要科學(xué)前提。
大氣顆粒物的現(xiàn)場直接測試可以準(zhǔn)確、及時的反映大氣環(huán)境狀態(tài)。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，大型實(shí)驗(yàn)室精密儀器應(yīng)運(yùn)而生，與現(xiàn)場儀器相比較，現(xiàn)代化的大型儀器具有抗干擾能力強(qiáng)、樣品用量少、測試精度高、分辨率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于儀器精密貴重，不宜運(yùn)輸和移動，難以應(yīng)用于現(xiàn)場的測試分析。
大型實(shí)驗(yàn)儀器對顆粒物的測試往往需要通過氣流夾帶的形式，即：顆粒物需要隨著氣流進(jìn)入儀器內(nèi)部，通過檢測探頭以實(shí)現(xiàn)測試。要實(shí)現(xiàn)大型實(shí)驗(yàn)室儀器對外界環(huán)境顆粒物的測試，首先需要進(jìn)行現(xiàn)場濾膜采樣并將樣品帶回，再進(jìn)行濾膜上顆粒物的分離，然后經(jīng)過風(fēng)流吹入儀器測試系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)濾膜上顆粒物的分離，目前普遍可采用的辦法是，采用毛刷、機(jī)械振動或氣流噴吹的方式將濾膜表面的顆粒物進(jìn)行剝離。然而，由于顆粒物往往嵌入濾膜孔隙內(nèi)部，這種簡單的機(jī)械作用剝離效率低下，尤其針對肉眼不可見、極易懸浮的微細(xì)顆粒物，操作尤其困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的方法與裝置，能夠有效實(shí)現(xiàn)采樣濾料上捕集顆粒物的再次飛揚(yáng)，并且不破壞顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)，可直接與顆粒物測試儀器相連接。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的一種超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的方法，包括以下步驟：
（1）將附著顆粒物的濾膜浸入清洗液中；
（2）利用超聲波的高頻振蕩作用對清洗液內(nèi)附著在濾膜上的顆粒物進(jìn)行剝離、攪拌和分散；
（3）利用超聲波的噴泉成霧作用將含顆粒物的清洗液打散并懸浮起來，形成含顆粒物的液霧；
（4）對含顆粒物的懸浮液霧進(jìn)行加熱，液霧內(nèi)部的顆粒物隨著液霧的汽化消失而釋放出來，并處于懸浮狀態(tài)，同時液霧發(fā)生汽化后將形成膨脹氣流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)懸浮的顆粒物隨著膨脹的氣流向外飛揚(yáng)。
進(jìn)一步的，所述清洗液為具有化學(xué)惰性的低溫液體，優(yōu)選液氮、液態(tài)二氧化碳。
進(jìn)一步的，步驟（3）中形成的液霧粒徑控制在5~30 μm。
本發(fā)明所述的一種超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的裝置，包括儲液槽（2）、濾膜夾（6）、清洗槽（7）、流量計（9）、霧化槽（11）、加熱片（10）、振動子（14）和霧化片（17）；儲液槽（2）上部設(shè)置有進(jìn)液口（1）和泄壓口（3），儲液槽（2）底部通過管子連接清洗槽（7），儲液槽（2）和清洗槽（7）之間的管子上設(shè)有閥門I（5）；清洗槽（7）中部懸掛有濾膜夾（6），濾膜夾（6）可夾住濾膜（15）并置于清洗槽（7）中，清洗槽（7）底部設(shè)有振動子（14），清洗槽（7）通過管子連接霧化槽（11），清洗槽（7）和霧化槽（11）之間的管子上設(shè)置有閥門II（16）；霧化槽（11）底部設(shè)有霧化片（17），上部設(shè)有加熱片（10），頂部通過管子連接出口（8），霧化槽（11）與出口（8）之間的管子上設(shè)有流量計（9）；閥門I（5）、閥門II（16）、振動子（14）、霧化片（17）、加熱片（10）、流量計（9）均與控制器（13）連接；儲液槽（2）、清洗槽（7）、霧化槽（11）均設(shè)置在保溫外殼（12）內(nèi)部。
有益效果：本發(fā)明提供的超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的方法與裝置，利用超聲波在液體中的空化效應(yīng)、加速度效應(yīng)及直進(jìn)流效應(yīng)，將濾膜上附著的顆粒物剝離至清洗液中，并進(jìn)行攪拌和分散，由于超聲波具有傳播方向性好、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)濾膜上顆粒物快速、有效剝離，并具有剝離無死角、一致性好等優(yōu)點(diǎn)；利用超聲波的噴泉成霧效應(yīng)，將含有顆粒物的液體分子間的分子鍵打散而產(chǎn)生自然飄逸的液霧，具有霧化均勻、霧化粒徑易于控制等優(yōu)點(diǎn)；采用具有化學(xué)惰性的低溫液體作為清洗劑兼霧化劑，實(shí)現(xiàn)顆粒物再飛揚(yáng)的過程不改變顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)。
本發(fā)明提供的方法和裝置，原理簡單、操作方便，可快速、高效的實(shí)現(xiàn)濾膜上附著顆粒物的再次飛揚(yáng)，并且不影響顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)與顆粒物測試儀器的直接連接。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1為進(jìn)液口，2為儲液槽，3為泄壓口，4為低溫液體，5為閥門I，6為濾膜夾，7為清洗槽，8為出口，9為流量計，10為加熱片，11為霧化槽，12為外殼，13為控制器，14為振動子，15為濾膜，16為閥門II，17為霧化片。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明一種超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的方法，主要包括以下步驟：
（1）將附著顆粒物的濾膜浸入清洗液中；
（2）利用超聲波的高頻振蕩作用對清洗液內(nèi)附著在濾膜上的顆粒物進(jìn)行剝離、攪拌和分散；
（3）利用超聲波的噴泉成霧作用將含顆粒物的清洗液打散并懸浮起來，形成含顆粒物的液霧；
（4）對含顆粒物的懸浮液霧進(jìn)行加熱，液霧內(nèi)部的顆粒物隨著液霧的汽化消失而釋放出來，并處于懸浮狀態(tài)，同時液霧發(fā)生汽化后將形成膨脹氣流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)懸浮的顆粒物隨著膨脹的氣流向外飛揚(yáng)。
所用清洗液為具有化學(xué)惰性的低溫液體，尤其選用液氮、液態(tài)二氧化碳。
步驟（3）中形成的液霧粒徑控制為5~30 μm。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1中，一種超聲波法濾膜附著顆粒物再飛揚(yáng)的裝置，包括儲液槽2、濾膜夾6、清洗槽7、流量計9、霧化槽11、加熱片10、振動子14和霧化片17；儲液槽2上部設(shè)置有進(jìn)液口1和泄壓口3，儲液槽2底部通過管子連接清洗槽7，儲液槽2和清洗槽7之間的管子上設(shè)有閥門I5；清洗槽7中部懸掛有濾膜夾6，濾膜夾6可夾住濾膜15并置于清洗槽7中，清洗槽7底部設(shè)有振動子14，清洗槽7通過管子連接霧化槽11，清洗槽7和霧化槽11之間的管子上設(shè)置有閥門II16；霧化槽11底部設(shè)有霧化片17，上部設(shè)有加熱片10，頂部通過管子連接出口8，霧化槽11與出口8之間的管子上設(shè)有流量計9；閥門I5、閥門II16、振動子14、霧化片17、加熱片10、流量計9均與控制器13連接；儲液槽2、清洗槽7、霧化槽11均設(shè)置在保溫外殼12內(nèi)部。
需要對濾膜15上附著的顆粒物進(jìn)行剝離、并實(shí)現(xiàn)顆粒物在氣流中懸浮時，首先取出清洗槽7內(nèi)的濾膜夾6，通過濾膜夾6夾住濾膜15后再裝入清洗槽7內(nèi)。通過進(jìn)液口1往儲液槽2內(nèi)裝入適量的清洗液4，如液氮。通過控制器13開啟閥門I5將適量清洗液4放入清洗槽7內(nèi)，隨后通過控制器13啟動振動子14。振動子14產(chǎn)生的超聲波以每秒數(shù)萬次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向清洗槽7內(nèi)的清洗液4進(jìn)行透射。在減壓力作用時，清洗液4中產(chǎn)生真空核群泡的現(xiàn)象，在壓縮力作用時，真空核群泡受壓力壓碎時產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力超聲波的空化作用，由此剝離被濾膜15上附著的顆粒物。同時由于超聲波的直進(jìn)流作用，清洗劑4會垂直超聲波產(chǎn)生的振動面產(chǎn)生流動，從而實(shí)現(xiàn)對含顆粒物清洗液4的攪拌和分散。由于超聲波具有傳播方向性好、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)濾膜15上顆粒物的快速、有效剝離，并具有剝離無死角、一致性好等特點(diǎn)。
顆粒物剝離至清洗液7后，通過控制器13將閥門II16開啟使得清洗液4進(jìn)入霧化槽11內(nèi)，此時，進(jìn)入霧化槽11內(nèi)的清洗液7即作為霧化液。通過控制器13同時啟動霧化片17和加熱片10，霧化片17產(chǎn)生的高頻諧振將清洗液4分子結(jié)構(gòu)打散進(jìn)而形成自然飄逸的液霧噴泉成霧效應(yīng)，這些液霧將懸浮在霧化槽11內(nèi)的液面上方。通過霧化片17諧振頻率和液面深度的合理設(shè)置將液霧粒徑控制在5~30 μm 的范圍內(nèi)，因此液霧中可包含大量的顆粒物。
含顆粒物的液霧受到加熱片10的加熱作用溫度升高將發(fā)生汽化，液霧消失后顆粒物將從液霧包裹中被釋放出來并處于懸浮狀態(tài)；與此同時，液霧汽化過程中形成膨脹氣流，懸浮的顆粒物將隨著膨脹氣流向出口8流動。流量計9用于監(jiān)測出口處流量并可用于反饋控制閥門I、閥門II和加熱片10。
若顆粒物測試儀器已經(jīng)連接本發(fā)明裝置的出口8，即可實(shí)現(xiàn)儀器對濾膜15收集到顆粒物的直接測試。本發(fā)明采用具有化學(xué)惰性的低溫液體作為清洗液兼霧化液，不與顆粒物發(fā)生反應(yīng)，因此不改變顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)。
對濾膜顆粒物剝離完成后，可以再次取出濾膜進(jìn)行稱量，若顆粒物剝離前濾膜稱量為m1，剝離后濾膜稱量為m2，則剝離效率?=（m1-m2）/m1×100%。本發(fā)明提供的方法與裝置，可實(shí)現(xiàn)剝離效率95%以上，有望達(dá)到99.5%。