1. Обзор литературы

1. Аэрозоли. Основные понятия

Аэрозоль – дисперсная система твердых или жидких частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой (воздушной) среде. Частицы составляют дисперсную фазу аэрозолей, газ – их дисперсионную среду. Свойства аэрозолей определяются размерами, формой, природой, числом частиц, особенностями дисперсионной среды, взаимовлиянием частиц и дисперсионной среды.

Размер частицы – наиболее важный параметр аэрозолей. Нижнюю границу размеров частиц, которые можно относить к аэрозольным, а не к ассоциатам газовых молекул, определяют по их способности не отскакивать, а прилипать к твердой поверхности при любом столкновении. Она появляется тогда, когда частицы достигают размера не менее 6-10 молекул [2]. Для частиц, содержащих от нескольких до десятков тысяч атомов или молекул, используют термин кластер. Верхнюю границу размеров аэрозольных частиц определяют по способности частиц перемещаться вместе с потоками газовой среды. В аэрозолях смещение частиц относительно газовой среды не преобладает над их переносом вместе со средой. Частицы крупнее 100 мкм не способны длительное время оставаться взвешенными в воздухе. В атмосфере с развитой турбулентностью и гораздо более крупные частицы будут вести себя как аэрозольные.

Диапазон размеров частиц, которые могут образовывать аэрозоли, находится в пределах семи порядков. В зависимости от размеров частиц различают три класса аэрозольных систем: высоко-, средне- и грубодисперсные. Аэрозоли с размером частиц менее 0,1 мкм (100 нм) относят к высокодисперсным (наноразмерным). Среднедисперсные аэрозоли имеют размер частиц от 0,1 до 10 мкм, грубодисперсные – более 10 мкм. Монодисперсный аэрозоль содержит частицы только одного размера, полидисперсный аэрозоль содержит частицы разных размеров. Размер частицы обычно характеризуют радиусом r или диаметром d. Иногда система достаточно удовлетворительно характеризуется одним размером частиц, например, средним или медианным диаметром, но в большинстве случаев необходимо знать распределение частиц по размерам f(d) или f(r). Такие характеристики аэрозоля, как площадь поверхности его частиц, их объем и масса определяются главным образом крупными частицами, тогда как мелкие частицы определяют в основном концентрацию.

Число частиц, массовое и объемное содержание дисперсной фазы в единице объема аэрозоля называют, соответственно, частичной (счетной) СN, массовой Cm и объемной CV концентрациями аэрозоля.

Аэрозольные частицы могут образовываться либо путем дробления крупных тел – диспергирования, либо путем объединения отдельных молекул – конденсации. В зависимости от того, сопровождается образование аэрозольных частиц из газов и паров химическими реакциями или нет, различают химическую конденсацию (хемоконденсацию) и физическую конденсацию (или просто конденсацию).

Часто аэрозоль образуется при одновременном протекании и диспергации и конденсации. В одних случаях часть частиц образуется путем диспергирования, часть – путем конденсации. В других случаях каждая частица является результатом идущих навстречу друг другу процессов диспергирования и конденсации. Аэрозоли, образующиеся в таких условиях, состоят как бы из двух фракций – более тонкой (конденсационной) и более грубой (диспергационной). Примером комбинации диспергирования и конденсации является образование аэрозоля при помощи взрыва. Под действием ударной волны одна часть твердого или жидкого вещества рассеивается, другая – испаряется. В результате смешивания с холодным воздухом пар пересыщает пространство, конденсация пересыщенного пара происходит на частицах, полученных диспергированием.