正文 第一篇 藏品的沾汙理論(六)(3 / 3)

靜電沾汙是指由靜電作用引起的沾汙。

五、影響塵粒濃度的因素

1.風對塵粒濃度的影響

風通常是引起塵粒飛揚的主要作用力,人們總是把風和塵土聯係在一起,刮風就有塵土。例如,北京冬春季節會遇到由蒙古高原刮來的含沙風,這種風有時會刮得天昏地暗。

隻有當風速達到某一臨界值之後,塵粒才能由靜止狀態進入運動狀態,塵粒的運動主要是從氣流中獲得動量。

在自然狀態下,室外的塵粒,由於受到風壓差的影響,便可伴隨氣流通過建築物的門窗進入室內。氣流進入室內的體積流量與風速成正比,因此塵粒的進入量也與風速正相關。

此外,還必須充分考慮到風對塵粒產生的另一種影響。大都市上空的塵粒,在一般氣候條件下多是來自於人為活動,例如,交通運輸、工業生產等。此類形式的塵粒排放濃度與排放量成正比,與平均風速成反比,風速每增加一倍,下風側塵粒濃度則可減少一半。這是環境保護方麵的一般常識。

2.濕度對塵粒濃度的影響

提髙濕度條件可以增加塵粒的粘滯性,加強塵粒的團聚作用,從而達到提高塵粒的起動風速的目的。起動風速值提高的越大,這種強風的發生頻率就越低,由此而揚起的塵粒也就越少。

高度對塵粒濃度的影響離地麵高度不同,大氣中的塵粒濃度也不相同。近地麵處塵粒濃度達到最大值。一般離地處的含塵濃度受地麵影響較小。

3.綠化對塵粒濃度的影響

綠化對降低塵粒濃度有一定作用。葉片寬大、平展硬挺而風吹不易晃動,葉麵粗糙多茸毛,葉總量又大的樹,例如懸鈴木等就非常有利於滯塵。

草坪可以增加地表的摩擦力,從而可以提高起動風速,減少地表近處的含塵濃度。

塵粒的性質

一、塵粒表麵的離吸附性

塵粒是一種固體物質,因此它具有我們在第一節中談到的各種固體表麵特性。此外還應該考慮塵粒本身的特點。塵粒是物料的離散單元,它有巨大的表麵自由能。因此它的表麵吸附性通常比一般固體大得多。

塵粒的粒度越小,其表麵自由能也就越大,也就越不穩定。為了減少表麵的高能狀態,塵粒相互之間就會發生凝並,聚合以減少表麵積。當表麵吸附其他物質時,整個係統的位能才可降低,所以塵粒表麵更容易吸附一些分子、離子或基團。各種酸類、堿類、鹽類、水分子、遊離基、氣體汙染物、有機化合物等均可被吸附,以降低其表麵能,中和其電性(塵粒表麵通常都帶有電荷

二、塵粒的粘附性與荷電性

塵粒的粘附性是塵粒相互之間,或者塵粒與其他物體表麵之間的力的表現。由於粘附力的存在,塵粒間的相互接觸和碰撞會導致凝並。塵粒之間的各種粘附力都與電性有關。但從微觀上看,可將粘附力分為範德瓦爾斯力。有關粘附力的詳細內容,請參考本章第四節的內容。

塵料的粘附性對沾汙過程可產生重要影響。

髙分散度的塵粒容易荷電,它們可通過電暈放電過程,而直接吸附空氣中的離子而荷電;塵粒在運動過程中由於粒子之間的相互摩擦而荷電;塵粒與其他帶電物體接觸。塵粒的荷電性取決於塵粒的大小與重量,此外,荷電性還與環境條件的變化有關。

三、塵粒的流動性與擴散性

大顆粒的物料一般不具備流動性和擴散性,但當它的粒徑不斷變小時,流動性和擴散性就顯著增大起來。有的塵粒可在地表蠕動,有的可在空氣中作懸附運動。塵粒隨氣流運動的性質,稱為塵粒的流動性。由於塵粒的粒徑和質量較小,它可以隨氣流一起流動。

由於細小的塵粒在空中具有布朗性質,或者由於濃度差,溫度差和紊流運動使塵粒從濃度較大的區域向濃度較小的區域遷移,直到一相內各部分的濃度達到一致或兩相間的濃度達到平衡為止。物質的這種遷移性質,稱為擴散性。

塵粒借助其擴散性可在相當大的空間範圍內彌散,並借助氣流的運動可以遷徙到數千公裏以外的地方。

塵粒的沉積機理

在塵粒的沉積沾汙過程中,塵粒間的凝並,對重力作用下的沉降沉積可產生重要影響。空氣中懸浮的塵粒,通常是由兩個或兩個以上,乃至幾百萬個單顆粒凝並而成的聚合體。凝並是空氣中的細小塵粒,通過不同途徑的相互碰撞與接觸,而粘著和融合成較大塵粒的過程。凝並的結果:使塵粒在給定空間中的數目減少,但直徑增大,因此更容易沉降。沉降是凝並的歸宿,凝並是沉降的孕育、發展和成熟的過程。

塵粒隻有發生各種形式的沉積,才有可能與物體相接觸,並引起沽汙。所以沉積是沾汙的最重要環節,沒有沉積就基本上沒有塵粒的沾汙。沉積使塵粒由懸浮狀態轉入靜止狀態。使自由運動的塵粒,變為被物體束縛的汙。

沉積到物體表麵的塵粒,有一部分與物體發生粘著,吸附而獲得穩定滯留的機會;另一部分塵粒,則很容易在外力作用下再度飛揚,重新進入懸浮運動狀態而遷徙、運移。由此可見,塵粒的沉積沾汙機理,應當包括沉積機理和滯留機理。現在我們討論沉積機理。

懸浮於空氣中的塵粒,可以通過多種形式沉積到物體的表麵上去,其中最主要的沉積形式為重力沉降,它是造成物體上表麵沾汙的沉積形式。此外還有擴散沉積,熱沉積,氣流力引起的截留沉積和慣性沉積。這幾種沉積方式可在物體的任何一個方向的表麵上發生。

盡管重力沉降沉積隻對物體的上表麵產生影響,但是此種沉積則是造成沾汙的主要方式。

一、塵粒的重力沉降沉積

空氣中的塵粒由於受到重力作用而下降,在下降過程中,速度不斷增加,空氣對塵粒的阻力也不斷增加,於是重力、浮力和空氣阻力很快就達到平衡。此時塵粒便具有某一平衡速度,這一平衡速度,稱為最終沉降速度。塵粒通常以最終沉降速度懸浮於空氣中。最終沉降速度由斯托克定律給予定量描述:

二、塵粒的擴散沉積

塵粒的擴散沉積是布朗運動的結果。布朗運動由愛因斯坦和斯莫盧錯夫斯基(一匕辦00給予了理論描述:由於氣體之間的熱運動,而產生了氣體分子的不規則運動,分子的不規則運動,造成粒子的不規則運動。

布朗運動的結果,使塵粒具有擴散作用,通過擴散作用,使塵粒沉積到物體的表麵而造成沾汙。這些沉積的塵粒與物體表麵的結合相當牢固,除非用相當大的外力,才能使之重返原來的懸浮運動狀態。

三、塵粒的熱沉積

塵粒在溫度梯度中的輸運,稱為塵粒的熱運動。當含有塵粒的熱空氣流經冷的物體表麵時,就會引起塵粒在冷物體表麵上的沉積。這種沉積就是所謂的熱沉積,例如,某個物體表麵的溫度,低於室內的空氣溫度,該物體附近的細小塵粒,就會附著塵粒的重力沉降沉積,擴散沉積和熱沉積,均是在沒有跟隨氣流運動的前提下進行的。因此,塵粒的運動速度,運動距離與氣流的運動相比微乎其微,有時可忽略不計。

在運動的氣流中,塵粒幾乎以完全相同的速度跟隨氣流運動。當塵粒沿著氣流流線向物體表麵運動時,較大的塵粒就會發生截留沉積和慣性沉積。

四、塵粒的截留沉積

某一粒徑的塵粒,跟隨氣流流線,恰好運動到物體表麵時,例如圓柱體表麵,若塵粒的中心線到圓柱體表麵的距離,等於或小於塵粒半徑,此時塵粒就會因機械截留作用,而被迫在圓柱體表麵沉積,該沉積作用,稱為截留沉積。

五、塵粒的憤性沉積

氣流穿越物體的縫隙時,例如含塵氣流在排列複雜的纖維內穿越時,塵粒要跟隨氣流流線多次急轉彎。在急轉彎過程中,如果氣流的流速較大,或者塵粒的質量較大,由於慣性作用,塵粒往往來不及隨同氣流一起繞過纖維,所以這些塵粒就會脫離流線的前進方向,而向物體表麵靠近,與物體表麵發生碰撞後,便沉積下來。這種沉積作用,就叫慣性沉積。

前麵對塵粒的各種沉積形式作了簡要的闡述。塵粒在各種表麵上的沉積,我們將在第四節給出更詳細的分析。