一种生物质燃烧产生黑碳的装置的制作方法

本实用新型属于黑碳研究领域，尤其涉及一种观察生物质燃烧产生黑碳的装置。

背景技术：

黑碳是生物质等含碳物质不完全燃烧产生的一种黑色碳质颗粒，粒径在0. 01μm-1μm之间，是大气细颗粒物的重要组成部分。碳烟颗粒既是城市雾霾天气的罪魁之一，又容易吸附有毒有害物质入肺，从而引发呼吸系统、心血管以及其它疾病的发生，对人体健康带来不利影响。

目前针对黑碳的研究主要依赖于室外采样，对实验室持续燃烧获取黑碳的研究报道较少。现有技术如火焰模拟燃烧获得碳烟颗粒需要较高的成本或复杂的处理技术，降低了对黑碳单颗粒的研究效率，且模拟燃烧获取的颗粒易团聚，限制了在碳烟颗粒物取样方面的应用。

技术实现要素：

本实用新型提供简便易行并通过生物质燃烧产生黑碳并对其捕集的装置。

本实用新型的技术方案是：

一种生物质燃烧产生黑碳的装置，包括由湿度发生器、黑碳产生单元、捕集反应箱、尾气处理瓶和引风机。湿度发生器出口管与黑碳产生单元连接，黑碳产生单元包括塔香形生物质燃料、黑碳浓缩器、玻璃罩，黑碳浓缩器设置在玻璃罩内，烟气进入捕集反应箱，黑碳暂时储存，与外部配气反应老化，老化后的黑碳颗粒经收集后剩余烟气经尾气处理瓶处理。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，湿度发生器使用苏州阿洛斯SHG-AT01型环境湿度发生器，用于实现气体湿度控制或水含量控制，湿度范围5%~95%RH；空气流量、温度、湿度均可数显设置和显示，温度显示精度±1℃，湿度显示精度±2%RH。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，所述玻璃罩为长度是300 mm，宽度是300mm，高度是400mm的透明密封箱体，箱体顶端设有轴孔，箱体一侧设有烟气入口，箱体另一侧设有烟气出口。

所述的塔香形生物质燃料是由秸秆、锯末等生物质材料经过粉碎、混合、挤压、烘干，制成塔香型的可直接燃烧的生物质成型燃料（BMF），成模后的燃料呈圆锥中空型。

所述塔香形生物质燃料呈上部小下部大的中空圆台形，圆台的上底面直径是4mm，下底面直径是26mm，高度是60mm；圆台上底面上面设有直径为4mm的实心半球体，圆台轴心设置圆椎形盲孔，位于圆台下底面的盲孔的直径是8mm，盲孔的深度是55mm。

所述黑碳浓缩器为上部粗下部细且上部设有顶盖下部敞口的中空筒，顶盖设有烟气输入口、轴孔，空心中轴设置在轴孔上并位于顶盖下面；顶盖上面且轴孔位置处设置圆环形固定座，固定座上面设置中空的支撑柱，支撑柱上设置塔香形生物质燃料，支撑柱、固定座、中轴同心；支撑柱穿过固定座与中轴相接形成孔道；沿支撑柱外周一周设置用于承接灰烬的集灰槽，烟气浓缩器的侧面安装有微型涡轮机。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，捕集反应箱上方设有采样孔，可用于样品采集，下方的两个配气孔可用于人为导入外部气体在捕集反应箱中模拟黑碳颗粒静态老化过程。

进一步作为本实用新型技术方案的改进，尾气处理瓶内的溶液为乙醇或者异丙醇水溶液（体积浓度w>80％）；瓶内气液交界面处设有滤膜，未溶解的碳烟被滤膜阻拦收集在滤膜上。

可选地，进气口前还可以安装一个高效过滤器。

本实用新型可以控制碳烟稀释比，获得相对纯净的碳烟颗粒，实验成本低。

附图说明

图1是本实用新型的整体连接示意图。

图2是本实用新型中黑碳浓缩器的结构图。

图3是图2俯视图。

图中，1-进气口，2-湿度发生器，3-玻璃罩，4-塔香形生物质燃料，5-黑碳浓缩器， 10-捕集反应箱，11-采样口，12-配气口，13-尾气处理瓶，14-滤膜，15-引风机，501-支撑柱，502-中轴，503-固定座，504烟气输入口，505-微型涡轮机，506-集灰槽。

具体实施方式

实施例1：图1所示，一种生物质燃烧产生黑碳的装置，包括湿度发生器2、黑碳产生单元、捕集反应箱10和引风机15；湿度发生器2连接黑碳产生单元，黑碳产生单元连接捕集反应箱10，捕集反应箱10连接尾气处理瓶13；所述湿度发生器2出口管与黑碳产生单元的玻璃罩3连接；所述黑碳产生单元包括玻璃罩3、塔香形生物质燃料4、黑碳浓缩器5，黑碳浓缩器5设置在玻璃罩3内；黑碳浓缩器5的上部设置塔香形生物质燃料4；

进气口1前安装或不安装高效过滤器。

黑碳浓缩器5外形呈倒牛角形、内部为空腔的筒，顶端较大尾端较小，高度为311mm，黑碳浓缩器5顶部有顶盖底部敞口；顶端截面为直径是173mm的圆形，尾端截面为直径是28mm的圆形；顶端的顶盖的直径为161mm，顶盖中心设有孔径为20mm的轴孔，顶盖还设置若干烟气输入口504，中轴502设置在轴孔上并位于顶盖下面；顶盖上面且轴孔位置处设置圆环形固定座503，固定座503上面设置支撑柱501，支撑柱501上端穿过玻璃罩3并伸出玻璃罩之外，支撑柱501上设置塔香形生物质燃料4，支撑柱501、固定座503、中轴502同心；所述中轴为中空的，中轴的孔径是10mm；支撑柱501为中空的；

圆环形固定座503的内径是20mm，外径为48mm；

支撑柱501下端穿过固定座501与中轴502相接形成孔道；烟气输入口504的口径是4mm；沿支撑柱501一周设置用于承接灰烬的集灰槽506，集灰槽506边缘向上凸起呈内凹外边缘凸起的盆形；

集灰槽506外径是50mm，烟气浓缩器的外侧曲面弧度为80°，内侧曲面的弧度为90°，烟气浓缩器的侧面安装有微型涡轮机505。

所述的捕集反应箱10也可以是多个串联，可分别研究不同气体对烟气中颗粒物的老化影响。

所述湿度发生器2采用苏州阿洛斯SHG-AT01型环境湿度发生器。

所述尾气处理瓶13的瓶身尺寸选用φ81×114，容积500ml。

所述捕集反应箱10的工作室尺寸D×W×H (mm)：450×450×500。

捕集反应箱10的箱体内插设有多片的隔板，隔板上设有若干通孔，隔板的通孔交错设置，在隔板上设有数片导流片，导引废气并将粉体拦截捕集在隔板上，在箱体内设有多排螺旋回绕的冷却管。

本实用新型的使用方法为：

1、实验时按照湿度发生器2、黑碳产生单元、捕集反应箱10和尾气处理瓶13的顺序依次摆放，根据实际需要，除各部件之间的水平连接，还包括垂直连接、左连和右连。

2、开启温度控制器，输入预设温度300℃，同时打开湿度发生器2预设湿度值RH0 （根据研究者需求可以为15%~80%）；通过湿度发生器上的数字显示器观察流量。

3、点燃塔香形生物质燃料4，3~4分钟后见烟气由黑碳浓缩器5出口流出，开始微型涡轮机浓缩烟气同时吸入空气，对烟气进行稀释，可避免碳烟颗粒的聚集。烟气在气流推动下向捕集反应箱10流动。

4、烟气进入捕集反应箱10。捕集反应箱10上方设有采样孔11，用于样品采集；下方设有配气孔12，用于人为导入外部气体在捕集反应箱10中模拟黑碳颗粒静态老化过程。根据研究需求人为控制变量（温度、湿度、气体混合比例）进行多次样品采集并记录箱内情况。样品的保存方式为密封干燥保存。

5、取一支试管，将乙醇与去离子水按照4:1的比例制成80%的乙醇水溶液，转移到广口瓶，对尾气进行吸收得到的悬混液，未溶解的碳烟被滤膜阻拦收集在滤膜14上。

6、生物质吸附剂用过后继续作为燃烧做原料使用，防止二次污染。收集到碳烟的滤膜通过超声波进行超声分散提取干燥后得到纯化的固态碳烟并重新利用进行其他相关研究。