第七届青年地学论坛

      大气化学反应机制和动力学是大气化学的核心科学问题。烟雾箱是研究大气化学反应机制和动力学的一种必不可少的手段，并在大气化学学科发展中发挥了重要作用。上世纪60年代以来，国内外研制了容积从几十升到几百立方米不等的室内和室外烟雾箱(Haagensmit et al., 1952; Li et al., 2021)。目前，大部分烟雾箱的反应器以特氟龙薄膜材质为主，部分小型烟雾箱的反应器为石英材质。特氟龙薄膜具有一定的渗透性，难以获得低本底信号。此外，其静电特性导致颗粒物沉积较严重 (Liu et al., 2019)，需定期更换特氟龙薄膜，而维护成本高且费力、耗时。石英烟雾箱受限于石英管的加工尺寸，往往体积小、壁效应大，且采样量有限。北京化工大学气溶胶与霾实验室(AHL/BUCT)设计研制了全球首个中型石英烟雾箱。烟雾箱由石英反应器、自动配气系统、光源系统、温控系统和监测系统等构成。反应器由32片5 mm厚抛光石英玻璃拼接而成，有效体积为10 m³ (2.5 m×2 m×2 m)，内置2个磁悬浮扰流风扇。
      表征结果表明，在透光率、温控、壁效应和本底背景方面该烟雾箱表现出优异的性能。反应器内均一性好，温度可控范围为15-30 ℃ (±1℃)，气体混合时间为6-8 min，湿度范围为0-80%。石英反应器在300 nm以上的透光率大于85%，在365 nm处的透光率为91.5%，优于特氟龙薄膜；最大NO₂光解速率常数为0.38 min^-1，光强可编程调节而实现日变化曲线模拟。沉降实验表明，NO、NO₂和O₃的壁损失速率分别为4.54×10^-4，2.85×10^-4和7.83×10^-4 min^-1，100 nm颗粒物的壁损失速率为0.08 h^-1。甲苯–NOx光化学实验结果与MCM模拟结果高度一致。α-蒎烯和臭氧暗反应生成二次有机气溶胶(SOA)的产率与其他烟雾箱实验结果可比，实验结果与双产物模型模拟结果吻合。反应器内表面可用去离子重复水洗，清洗后的本底信号显著降低，与特氟龙材质烟雾箱相比显著降低了运行成本并具有操作简单的优势。总之，该新型烟雾箱成功解决了大尺寸石英材料的拼接和密封、扰流风扇安装等难题，采用水洗反应器内壁的方式克服了传统特氟龙烟雾箱需频繁换膜、本底较高等问题；烟雾箱性能可靠，特别适用于低本底条件下大气化学机制和动力学研究，并使AHL/BUCT具备在分子-团簇-纳米-微米尺度开展气态污染物转化、大气气溶胶成核、增长、老化与效应等外场观测和实验室模拟研究的能力。
 

石英烟雾箱,气溶胶化学,气相化学