计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)在大气颗粒物表征及源解析中的应用

近年来,我国环境空气质量不断改善,在此背景下准确掌握大气颗粒物的理化性质及其来源是精准治污的重要基础.计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)的快速发展大幅提高了单颗粒分析效率,为实现颗粒物精细化源解析提供新的技术手段.本文介绍了CCSEM技术的原理、特点、测试流程及技术发展,梳理了CCSEM在大气颗粒物的理化性质、来源解析及健康效应中的研究成果,总结了CCSEM的发展前景及局限性.结果表明:CCSEM可通过自动化测试快速获取更全面的颗粒物信息,后处理功能便于快速掌握颗粒物污染源精细化信息,寻找部分隐匿的污染源,对比不同区域颗粒物类型的差异,并获取颗粒物精细化源解析结果.CCSEM对重金属等有潜在健康危害的高原子序数元素有较高的识别效率,可应用于颗粒物健康效应研究.因此,CCSEM在大气颗粒物精细化源解析及健康效应研究等方面有较好的应用前景.但是,CCSEM在颗粒物识别、分类标准及分析时效性等方面有一定的局限性,在未来应通过加强CCSEM形貌识别提高颗粒物的识别效率,结合单颗粒源谱数据库制定更科学的颗粒物分类规则,以及加强采样、测试及分析的连贯性以提高分析时效性.

煤焦破碎及颗粒物形成的逾渗模拟

采用座逾渗模型,引入计算机控制扫描电镜(computer-controlled scanning electron microscope,CCSEM)矿物原粒径数据作模型初始矿物数据,考察了不同孔隙分布对煤焦转化与破碎的影响,煤焦转化过程对破碎程度的影响,以及煤焦破碎和内在矿聚合对飞灰颗粒物尤其是1～10μm颗粒物最终分布的影响。模拟结果表明:煤焦初始孔隙率越大,表面反应面积和破碎次数均越大。当φ≥0.4时,煤焦破碎明显集中于转化率为0.4～0.7的阶段,且峰值有一定的向转化前期移动的趋势。初始孔隙率φ越大,颗粒破碎就越剧烈,内在矿聚合概率小,10μm以内颗粒物的数目明显增大。随着φ值的增大,生成颗粒物的浓度尤其是1～10μm颗粒物的浓度逐渐升高,最终颗粒物浓度分布到在3～5μm和6～8μm存在2个峰值,这与实际燃烧生成的中间模态和粗模态颗粒物的峰值基本吻合。