Влияние морфологии частиц атмосферных аэрозолей на кинетику их взаимодействия с летучими примесями

Abstract

Проанализировано влияние морфологии твердых частиц атмосферных аэрозолей на вероятности взаимодействия с летучими примесями, определяемые в лабораторных экспериментах, и на константы скорости удаления этих примесей в гетерогенных процессах. Предложены уравнения, позволяющие определять эти вероятности из зависимостей наблюдаемых констант скорости и вероятностей от массы твердого субстрата в проточных реакторах. Показано, что большинство минеральных и углеродных аэрозолей в атмосфере представляет собой агрегаты наночастиц или частицы с внутренними нанопорами, вследствие чего применение к ним приближения непроницаемых сферических частиц приводит к недооценке скорости гетерогенного стока примесей из атмосферы. Показана возможность ускорения реакции, протекающей по механизму Лэнгмюра-Хиншельвуда, за счет взаимодействия примесей со стенками нанопор атмосферных частиц и образования устойчивых адсорбционных комплексов на поверхности.

Проаналізовано вплив морфології твердих частинок атмосферних аерозолів на імовірності взаємодії з леткими домішками, що визначаються в лабораторних експериментах, та на константи швидкості видалення цих домішок в гетерогенних процесах, які використовують в транспортних моделях атмосфери. Запропоновано рівняння, що дозволяють визначати ці імовірності із залежностей констант швидкості та імовірностей від маси твердого субстрату, які спостерігаються в проточних реакторах. Показано, що більшість мінеральних та вуглецевих аерозолів в атмосфері є агрегатами наночастинок або частинками з внутрішніми нанопорами. Тому використання для них наближення непроникних сферичних частинок приводить до недооцінювання швидкості гетерогенного стоку домішок з атмосфери. Виявлено вірогідність прискорення реакції, що перебігає за механізмом Ленгмюра-Хіншельвуда, за рахунок взаємодії домішок із стінками нанопор атмосферних частинок і утворення стійких адсорбційних комплексів на поверхні.

The analysis of solid particle morphology effect for atmospheric aerosols on the uptake coefficients with volatile impurities has been performed for those determined in the laboratory experiments as well as of the effect on the rate coefficients used in the transport atmospheric models for fate of the impurities in the heterogeneous processes. The equations for correct determination of the uptake coefficients from dependence of observable rate and uptake coefficients on the substrate mass in the flow reactors have been proposed. It was demonstrated that most of mineral and carbon aerosols in the atmosphere are the aggregates of nanoparticles or the particles with internal nanopores. Because of this, the use of impermeable spherical particles approximation to these particles leads to underestimation of heterogeneous fate rate for the impurities from the atmosphere. The possibility for acceleration of the reactions following via Langmuir-Hinshelwood mechanism is found through interaction of the impurities with nanopore walls in the atmospheric particles and formation of stable adsorption complexes on the surface.