一种光化学仿真烟雾箱的制作方法
【专利摘要】一种光化学仿真烟雾箱，包括烟雾箱体，烟雾箱体的外壁上设置有若干换气孔，烟雾箱体上设置有由若干监测探头组成的气体监测部分，烟雾箱体中设置有由内置光源组成的光源部分，烟雾箱体连接有用于导入气体的反应配气部分和用于排出箱内气体及导入外部气体的动力换气清洗部分，内部气体在清洗风扇的动力作用下由顶部、右侧的旋盖式换气孔排出，气体由左侧的二氧化氮配气罐、碳氢化合物配气罐等压入并通过不锈钢导管导进箱内，箱内的气体浓度由顶部设有的在线监测探头在线监测记录；本发明采用拆组式设计，占地面积小，移动方便，所用箱体外壁以PMMA惰性材料，强度大，成本低，壁损吸附小；采用光源光损失小，利用率高，小功率安全可靠，且反应周期短，效率高。
【专利说明】
一种光化学仿真烟雾箱
技术领域
[0001]本发明属于教学实验设备技术领域，特别涉及一种光化学仿真烟雾箱。【背景技术】
[0002]光化学烟雾对植物、人体的危害巨大。它具有无疆域、无国界，危害性大，持续时间长等特点。目前光化学烟雾的研究方向有:现场实测、光化学动力学机理研究和数值模拟。 光化学烟雾箱是模拟研究光化学烟雾的研究方向。
[0003]光化学烟雾箱的首次研制是在二十世纪五六十年代美国北卡罗来那大学的UNC烟雾箱，体积156m3。国内仅有的烟雾箱只在清华、北大、以及中科院有相应的设备，应用于教学的实例几乎为零。
[0004]国外对大型烟雾箱的研究比较早，美国北卡罗来那大学的UNC烟雾箱体积156m3、 美国加州大学河边分校的UCR烟雾箱、以及西班牙巴伦西亚的EUPH0RE烟雾箱等都是100m3 以上的体积，但是结构复杂不易搬运、成本高、占地面积大、检测程序复杂、反应周期长。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的点，为教学科研服务，本发明的目的在于提供一种光化学仿真烟雾箱，体积小，成本低，反应周期短，反应效率高，气体检测方便快捷，直接准确，能够满足科研和教学要求。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种光化学仿真烟雾箱，包括烟雾箱体，烟雾箱体的外壁1-1上设置有若干换气孔 1-2,烟雾箱体上设置有由若干监测探头2-1组成的气体监测部分，烟雾箱体中设置有由内置光源5-1组成的光源部分，烟雾箱体连接有用于导入气体的反应配气部分和用于排出箱内气体及导入外部气体的动力换气清洗部分。
[0008]所述烟雾箱体是由6块PMMA板块组成的刚性长方体，体积200L，占地面积小，移动方便。外壁材料为PMMA，经过多次试验证明PMMA材料对气体的壁损吸附小，适用于本发明的实验要求。换气孔1-2分别设在外壁1-1的顶部、前端、两侧部分，箱内气体经换气孔1-2排出。具体地，所述外壁1-1的顶部设有5个单行排布的换气孔1-2,间隔为120mm;左右两侧各设有5个单列排布的换气孔1-2,间隔为120mm，且左右两侧同一行的换气孔1-2在同一水平线上;前端设有3个单行排布的换气孔1-2，间隔为200mm。
[0009]所述监测探头2-1由包括03川〇2川0、￥0(:、0)2、0)、、醛类监测探头等在内的若干探头组成，嵌入箱体顶部的固定穴位，对箱体内各组分气体进行直读记录，分辨率达ppb，简便快捷，在线实时、直接准确。四个探头均置于烟雾箱体的顶部，示数都朝向正前方，便于读数。具体地，四个探头呈两行两列分布，分别位于一个边长为200mm的正方形的四个顶点上。
[0010]所述反应配气部分包括冲程阀3-2、不锈钢导管3-3、主持承座3-4和两个配气罐3-1，反应气体由配气罐3-1配给，经冲程阀3-2控制气体流量，再由与冲程阀3-2相连接的铝合金导管3-3将不同配气罐3-1的气体导入烟雾箱体内。
[0011]所述动力换气清洗部分包括进气扇4-1和出气扇4-2,箱体内的残留气体由出气扇 4-2提供动力从换气孔1-2排出，外部气体由进气扇4-1通入。
[0012]所述进气扇4-1和出气扇4-2均布置在直径为100mm的旋盖式圆形口中，进气扇4-1 在出气扇4_2正上方180mm处。[0〇13]所述内置光源5-1为300?400nm的黑光灯，在烟雾箱体内的顶部悬挂2个，在左右两侧的换气孔1-2中或顶部放置有若干个。内置光源5-1模拟太阳光波长，光效高损失少， 100w内即可实现光化学快速效应，安全可控实际。
[0014]与现有技术相比，本发明烟雾箱采用集内置光源、配气、调节、监测与烟雾箱的一体式结构，体积小，成本低，反应周期快，可单人操控。适用于本科教学实验。采用拆组式设计，占地面积小，移动方便，所用箱体外壁以PMMA惰性材料，强度大经济适用，壁损吸附小。 内置式光源光损失小，利用率高，小功率安全可靠，且反应周期短，效率高。解决了现有烟雾箱大空间，外围多组光源，固定式、换气周期长、成本高等实用现况。【附图说明】
[0015]图1是装置的主视图。
[0016]图2是装置的侧视图。
[0017]图3是装置的俯视图。
[0018]图4是进气扇和出气扇侧视图。
[0019]图5是进气扇和出气扇俯视图。
[0020]图6是换气孔主视图。
[0021]图7是换气孔俯视图。图8是本发明臭氧测试的曲线图。图9是本发明V0C测试的曲线图。【具体实施方式】[〇〇22]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0023]如图1、2、3所示，本发明光化学烟雾箱，包括烟雾箱体、气体监测部分、反应配气部分、动力换气清洗部分以及光源，其中:
[0024]如图1、2、3、4、5、6、7所示，旋盖式换气孔1-2分别设在烟雾箱体的外壁1-1的顶部、 前端、两侧部分。其中顶部设有5个，单行设置，间隔为120mm;左右两侧各设有5个，单列设置，间隔为120mm，且左右逐一水平相对，其目的在于可以在左右两侧换气孔水平放置横向光源;前端设有3个，单行设置，间隔为200mm。气体监测部分例如4个监测探头2-1，分别是03 监测探头、N02监测探头、N0监测探头、V0C监测探头，4个探头位于前后两排，动力换气清洗部分共包括进气扇4-1和出气扇4-2两部分，箱体内的残留气体由出气扇4-2提供动力从旋盖式换气孔1-2排出，外部换气体由进气扇4-1通入。
[0025]反应配气部分包括冲程阀3-2、铝合金导管3-3、支撑承座3-4和两个配气罐3-1，两个配气罐3-1分别为二氧化氮配气罐和碳氢化合物配气罐，反应气体由配气罐3-1配给，经冲程阀3-2控制气体流量，再由与冲程阀3-2相连接的铝合金导管3-3将不同配气罐3-1的气体导入烟雾箱体内。
[0026]本发明是集反应配气、气体实读、内置光源、系统换气一体式200L体积的实验装置。内部气体在动力换气清洗部分的动力作用下由顶部、右侧的旋盖式换气孔排出，气体由左侧的二氧化氮配气罐、碳氢化合物配气罐压入并通过不锈钢导管导进箱内，箱内的气体浓度由顶部设有的在线监测探头现场监测记录。
[0027]具体地，根据以上结构，本发明操作方式为:
[0028]主要操作部分为换气清洗、配气、定时读值，记录分析。
[0029]1.首先打开图中的动力换气清洗部分。将仿真光化学烟雾箱换气扇开关打开，再打开箱体各个方向的旋盖式换气孔1-2,通过在线监测4个监测探头2-1，动力换气操作是将实验外界空气充进箱体内，利用外界空气的挤压能力将烟雾箱内的残余气体排出箱外。当监测探头的显示值与实验外界气体背景值相同时，即降低背景至探测器检测下限(Oppb)认为箱内气体已经冲洗完成。若利用空气清洗速率慢，可以从箱体右侧横置187nm灯管，通电之后，在箱体内迅速充满臭氧，然后关闭电源，通入空气，将箱体内的臭氧与残留气体一起清洗掉。待臭氧检测探头示数为零时换气完成，再将灯管移出箱外，进行试验。
[0030]2.冲洗完成之后，关闭换气扇，关闭箱体各个方向的旋盖式换气孔1-2,保证实验过程的箱体密闭性。待箱体内的气体稳定，即监测探头显示不会变化时。打开悬挂式内置光源5-1，内置光源是在箱体顶部悬挂固定。根据研究内容，可以选择开一个，多个光源，或者不开灯进行暗反应研究反应机理。[〇〇31]3.然后，启动反应配气部分。首先，打开冲程阀3-2压入N02气体，气体通过铝合金导管3-3进入箱体内部，与此同时，打开另外一个配气罐3-1，将V0C气体压入箱体内与N02进行混合反应，操作流程与前者相同。两种气体通气结束后，或者当只研究单独气体反应时可以只冲入单组分的气体，流程与前者相同。待气体压入完成的同时，及时关闭冲程阀3-2,同时记录气体监测部分各探头的初始值。[0〇32]4.接下来，设计合理的时间间隔，比如5min，lOmin，本烟雾箱的实验周期短，至IJ达峰值的速度快，所以在进行读数时，应该选择比较小的时间间隔，在变化比较明显时，可以随时进行读数。进行一系列实验记录，记录气体监测部分检测的数据。
[0033]5.最后，作曲线图，分析数据，得出结论。以下是烟雾箱初始测试的运行结果，以此为例。[〇〇34]测试1臭氧测试结果
[0035]将仿真光化学烟雾箱换气扇开关打开，再打开箱体各个方向的旋盖式换气孔，将烟雾箱内的残余气体排出箱外。当监测探头的显示值与实验外界气体背景值相同时，关闭风扇和换气孔，并打开内置灯源，然后记录各个探头的气体浓度的初始值。打开N02配气罐的冲程阀，往箱体内压入一个冲程的N02,随后，立即关闭冲程阀。选择lOmin的时间间隔进行读数，记录臭氧探头的示数变化，做出曲线图如图8所示。[〇〇36]测试表明，这种烟雾箱可以在N02的光解下模拟出臭氧，明显生成一定量的臭氧， 比实验背景值高。可以证明光化学烟雾的臭氧主要来源是N02的光解这一理论。且臭氧的变化曲线符合理论变化曲线，即先升高，维持一定的时间后，缓慢降低至零。从图中可以看出， 这种烟雾箱的反应周期很短，很快就会达到峰值，30min左右就会出现峰值。所以时间间隔最好设置为5min，lOmin，不宜过大。[〇〇37] 测试2V0C的作用
[0038]操作流程与测试1相同，在完成换气清洗与一个冲程N02的配气后，立即打开V0C配气罐的冲程阀，先压入一个冲程的V0C，随后，立即关闭冲程阀。对臭氧以及其他探头的示数进行记录。作为比较，在做完这一组实验之后，重复上次操作步骤，压入一个冲程的V0C之后，立即关闭冲程阀。重复此V0C配气步骤，再连续压入两个冲程的V0C，之后进行记录。做出曲线图如图9所不。
[0039]测试结果表明[〇〇4〇] (1)在加入V0C之后，臭氧的变化曲线与测试一致，都为在20-30min左右会出项峰值，且会维持一段时间，然后缓慢下降直至为零，符合光化学烟雾臭氧理论变化曲线。[0041 ](2)在冲入V0C气体的情况下，臭氧发生变化，表明V0C的加入对N02向臭氧转化有一定的影响，符合光化学烟雾的产生与V0C的作用有关这一理论，当加入一个冲程V0C时，臭氧产生明显增多，当加入三个冲程的V0C时，臭氧的产生也会增多。
[0042]从这两次实验测试可以得出，这种烟雾箱可以做出臭氧，并可以证明臭氧的来源是N02的光解，V0C的作用可以对臭氧的增加起到一定的作用，此后的研究方向为不同的V0C 对臭氧的具体影响，如5个，10个冲程V0C的影响。并且也可以研究高浓度N02下，如3个，5个冲程下，不同V0C对臭氧浓度的影响。
【主权项】
1.一种光化学仿真烟雾箱，包括烟雾箱体，烟雾箱体的外壁(1-1)上设置有若干换气孔 (1-2)，其特征在于，烟雾箱体上设置有由若干监测探头(2-1)组成的气体监测部分，烟雾箱 体中设置有由内置光源(5-1)组成的光源部分，烟雾箱体连接有用于导入气体的反应配气 部分和用于排出箱内气体及导入外部气体的动力换气清洗部分。2.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述烟雾箱体是由6块PMMA材 质板块组成的刚性长方体，体积200L。3.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述换气孔(1-2)分别设在外 壁(1-1)的顶部、前端、两侧部分，箱内气体经换气孔(1-2)排出。4.根据权利要求3所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述外壁(1-1)的顶部设有5个 单行排布的换气孔(1-2)，间隔为120mm;左右两侧各设有5个单列排布的换气孔(1-2)，间隔 为120mm，且左右两侧同一行的换气孔(1-2)在同一水平线上;前端设有3个单行排布的换气 孔(1-2)，间隔为200mm。5.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述监测探头(2-1)由包括03、 N02、NO、VOC、C02、CO、醛类监测探头在内的多个探头组成，对箱体内各组分气体进行直读记 录，多个探头均置于刚性烟雾箱体的顶部，示数都朝向正前方。6.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述反应配气部分包括冲程阀 (3-2)、不锈钢导管(3-3)、支撑座(3-4)和两个配气罐(3-1)，反应气体由配气罐(3-1)供给， 经冲程阀(3-2)控制气体流量，再由与冲程阀(3-2)相连接的不锈钢导管(3-3)将不同配气 罐(3-1)的气体导入烟雾箱体内。7.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述动力换气清洗部分包括进 气扇(4-1)和出气扇(4-2)，箱体内的残留气体由出气扇(4-2)提供动力从换气孔(1-2)排 出，外部气体由进气扇(4-1)通入。8.根据权利要求7所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述进气扇(4-1)和出气扇(4-2)均布置在直径为100mm的圆形口中，进气扇(4-1)在出气扇(4-2)正上方180mm处。9.根据权利要求1所述光化学仿真烟雾箱，其特征在于，所述内置光源(5-1)为300? 400nm的黑光灯，在烟雾箱体内的顶部悬挂，或通过左右一级顶部的的换气孔(1-2)中放置 若干个实施。
【文档编号】B01L1/00GK106000484SQ201610551465
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】葛碧洲, 赵旭阳, 张伟, 刘立忠, 杨凯强, 章佳昕, 张军
【申请人】西安建筑科技大学