CN103207268A

CN103207268A - 面向植物吸附pm2.5能力定量分析的环境模拟实验箱

Info

Publication number: CN103207268A
Application number: CN2013100778085A
Authority: CN
Inventors: 余新晓; 孙丰宾; 伦小秀; 张振明; 樊登星; 张红霞; 阮氏青草; 刘萌萌; 刘旭辉
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN103207268B

Abstract

本发明涉及空气质量监测领域，具体涉及一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱。该环境模拟实验箱包括：可密闭的箱体，分别与所述箱体连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置，位于所述箱体内的恒温恒湿装置、光照模拟装置、降雨模拟装置以及风模拟装置。本发明通过设置密闭的箱体，在箱体内设置光照模拟装置、降雨模拟装置以及风模拟装置模拟自然环境，并且设置分别与箱体连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置，这样就可以隔绝自然环境的影响，能够量化模型环境的参数，进而准确的测得各种植物吸附PM2.5的数值，为量化各种植物对PM2.5的吸附能力以及选择造林树种提供科学有效的依据支持。

Description

面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱

技术领域

本发明涉及空气质量监测领域，具体涉及一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱。

背景技术

可入肺颗粒物即PM2.5，对空气质量和可见度等有着重要的影响。PM2.5的产生主要来源于工业生产和汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物。PM2.5粒径小，含有大量的有机物、无机物、病毒、霉菌和一些强致癌物质，而且表面积大，吸附力强，比粗颗粒更容易进入人体并滞留，对人体健康造成极大威胁。PM2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。

众所周知，植物可以吸附PM2.5，通过造林绿化可以有效地减少PM2.5浓度，但是其个体的能力到底有多大，哪个树种更适合用于吸附PM2.5，还缺乏科学有效的数据支持。这是由于，植物本身对PM2.5等颗粒物的阻滞吸收很难测定。因为测定受制于来自自然地不同污染源的污染物、自然条件下自然风、降雨等自然条件对植物阻滞吸收PM2.5等颗粒物的影响，所以很难对植物体本身到底能组织吸附多少的PM2.5等颗粒物进行精确测定。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱，用于隔绝自然环境因素对植物阻滞吸收PM2.5等颗粒物的影响，精确的得到各种植物吸附PM2.5的数值，为量化各种植物对PM2.5的吸附能力以及选择造林树种提供科学有效的依据支持。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱，包括：

可密闭的箱体，

分别与所述箱体连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置，

以及

位于所述箱体内的恒温恒湿装置、光照模拟装置、降雨模拟装置以及风模拟装置。

优选的，所述箱体骨架为铝合金型材，所述箱体底面为有机玻璃或者其他材质，其余面均为有机玻璃；所述箱体内表面覆盖有聚四氟乙烯膜。

优选的，所述箱体上开设有可闭合的植物出入窗。

优选的，所述植物出入窗的周边以及所述箱体面与面之间的连接处均通过硅胶垫密封。

优选的，所述箱体底部开设有若干道流水槽，所述流水槽汇聚于设置于所述箱体底部的可闭合排水孔。

优选的，所述箱体上设置有可闭合的排气窗，所述排气窗处设置有空气净化过滤装置。

优选的，所述PM2.5生成装置包括初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构，所述初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构通过混匀分流机构连通至所述箱体。

优选的，所述初始PM2.5颗粒物生成机构包括顺次设置的气溶胶发生器、颗粒物切割器以及气体流量计；所述纯净空气生成机构包括顺次设置的空气发生器以及气体流量计。

优选的，所述混匀分流机构包括顺次连接的气体混匀管、干燥去静电装置、以及双通阀。

优选的，所述PM2.5测量装置包括分别连通至所述箱体的颗粒物采集器、颗粒物质量浓度检测仪以及粒子计数器。

（三）有益效果

本发明通过设置密闭的箱体，在箱体内设置恒温恒湿装置、光照模拟装置、降雨模拟装置以及风模拟装置模拟各种自然环境，并且设置分别与箱体连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置，这样就可以隔绝自然环境的影响，能够量化模型环境的参数，进而准确的测得各种植物吸附PM2.5的数值，为量化各种植物对PM2.5的吸附能力以及选择造林树种提供科学有效的依据支持。

附图说明

图1是本发明的一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱的结构示意图；

图2是图1中所示PM2.5生成装置的结构示意图。

图中：1：箱体；2：植物出入窗；3：排气窗；4：降雨模拟装置；5：光照模拟装置；6：恒温恒湿装置；7：风模拟装置；8：PM2.5测量装置；11：气溶胶发生器；12：空气发生器；14：气体流量计；15：颗粒物切割器；16：气体混匀管；17：干燥去静电装置；18：双通阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1中所示的一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱，包括：可密闭的箱体1，分别与箱体1连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置8，位于箱体1内的恒温恒湿装置6、光照模拟装置5、降雨模拟装置4以及风模拟装置7。箱体1密闭是为了给植物吸附PM2.5能力定量分析提供一个封闭的测量环境；箱体1的骨架为铝合金型材，箱体1底面为有机玻璃或者其他材质，其余面均为有机玻璃，这是由于因为有机玻璃比其他材质吸附的PM2.5少，可减少测量误差；而底面则可以选择相对硬质的材质，以能够承载待测量的植物。恒温恒湿装置6、光照模拟装置5、降雨模拟装置4以及风模拟装置7主要是为了模拟在环境的影响下，植物吸附PM2.5能力的变化；恒温恒湿装置主要用于保持实验过程中箱体内环境稳定；光照模拟装置5优选为日光灯，可以针对不同的植物种类，选择不同波长的光源进行光照，供植物进行光合作用；降雨模拟装置4主要包括设置在箱体顶部的喷水喷头，其一方面可以生成不同强度的降雨环境，另一方面，可以用来清洗进行实验前，植物叶面上可能粘附的颗粒物；风模拟装置7主要包括循环风扇，需要注意的是，循环风扇的进风口要设置在箱体内，因为其主要是增强箱体内部的气流循环，但不能引入外界的空气造成测量误差。

其中，箱体1的外观可以根据需要设定，例如可以为圆柱体、立方体以及其他多面体等，箱体1的体积需根据待分析的植物外观进行设定；本实施例中，箱体1整体为长方体，其长、宽、高均在1m-2m范围内，例如，可以为1.5m×1.5m×1.5m。

为了进一步的减少箱体本身对PM2.5的吸附作用，在箱体1的内表面覆盖有一层对颗粒物吸附能力很微弱的聚四氟乙烯膜。

进一步的，为了方便植物植株进出箱体1，在箱体1上开设有可闭合的植物出入窗2。

进一步的，植物出入窗2的周边以及箱体面与面之间的连接处均通过硅胶垫密封，避免外界空气进入箱体，对测量结果造成干扰。

进一步的，箱体1上还设置有可闭合的排气窗3，为了防止箱体1中的颗粒物对外界空气造成污染，在排气窗3处设置有空气净化过滤装置对排出的气体进行净化处理。

其中，PM2.5生成装置如图2中所示，主要包括平行设置的两部分，初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构；初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构通过混匀分流机构连通至箱体。初始PM2.5颗粒物生成机构包括顺次设置的气溶胶发生器11、颗粒物切割器以及气体流量计14；气溶胶发生器11用于产生特定的颗粒物，纯净空气生成机构包括顺次设置的空气发生器12以及气体流量计14；所述混匀分流机构包括顺次连接的气体混匀管16、干燥去静电装置17、以及双通阀18。初始PM2.5颗粒物生成机构生成的颗粒物混合气体与纯净空气生成机构生成的纯净空气经过混匀分流机构中混匀干燥并去静电处理后经过双通阀18后同时接入箱体1内；通过装有植物的箱体，可以在线观测箱体内颗粒物数浓度、质量浓度、粒径等的变化。

其中，PM2.5测量装置8包括分别通过探头连通至所述箱体的颗粒物采集器、颗粒物质量浓度检测仪以及粒子计数器。

实际操作中，为了完全消除环境模拟实验箱的壁对PM2.5等颗粒物的影响，我们进行对照试验，准备两个一模一样的本发明的模拟实验箱，选取某种植物，清洗植物叶面上的颗粒物后，放置于洁净的无菌培养室内，使叶片上的水分挥发干，将植物挪进其中一个本发明的环境模拟实验箱中，另一个对照模拟实验箱中不放置植物。为了保持试验条件一致，同时打开两个模拟实验箱的降雨模拟装置4和排水孔以及空气发生器12和排气孔，利用降雨和洁净的空气去除掉叶表面残余的PM2.5和模拟试验箱中空气中的PM2.5，一定强度降雨后关掉降雨模拟装置4，继续通入洁净空气直至叶表面充分干燥为止。至此两个模拟实验箱除了植物外，其余条件完全相同。准备开始后续实验。

本发明的模拟实验箱可以模拟不同粒径范围、不同浓度的不同组分的颗粒物在一定条件下被植物吸附后量的变化。首先利用气溶胶发生器11产生不同成分的颗粒物（比如硫酸盐、硝酸盐等），利用颗粒物切割器除掉所需粒径范围之外的颗粒物后（比如我们需要空气动力学直径是小于2.5微米的颗粒物，我们就选择合适的空气动力切割头除掉大于2.5微米的颗粒物），将产生的小于2.5微米的颗粒物通过流量计调节流量与空气发生器12产生的洁净的空气通过流量计调节流量混合后得到不同颗粒物浓度的实验颗粒物混合气体，通过干燥去静电装置17对其进行干燥防静电处理后，通过双通阀18同时通入到装有植物的模拟实验箱和进行对照试验的不放置植物的模拟实验箱中，达到模拟实验箱内气压跟大气中大气压一致后，关闭进气口。打开循环风扇，使模拟培养箱的空气循环起来，打开颗粒物质量浓度检测仪以及粒子计数器检测两个模拟试验箱空气中初始的有植物模拟试验箱PM2.5的粒子质量浓度C¹ _m0以及粒子数量浓度C¹ _n0，经过几个小时后再检测一下空气中的PM2.5的粒子质量浓度C¹ _m1以及粒子数量浓度C¹ _n1，每隔几个小时检测一次，直到相邻两次检测结果中粒子质量浓度以及粒子数量浓度一致为止，记录最后一次的PM2.5的粒子质量浓度C¹ _mx以及粒子数量浓度C¹ _nx，由于两个模拟培养箱的体积是V是已知的，所以模拟试验箱中PM2.5粒子质量减少为Δm₁=（C¹ _m0-C¹ _mx）V，粒子数目变化为Δn₁=（C¹ _n0-C¹ _nx）V。

没有植物的对照模拟试验箱中的PM2.5的粒子质量浓度C² _m0以及粒子数量浓度C² _n0，经过几个小时后再检测一下空气中的PM2.5的粒子质量浓度C² _m1以及粒子数量浓度C² _n1每隔几个小时检测一次，知道相邻两次检测的粒子质量浓度以及粒子数量浓度一致为止，记录最后一次的PM2.5的粒子质量浓度C² _mx以及粒子数量浓度C² _nx，由于两个模拟培养箱的体积是V是已知的，所以模拟试验箱中PM2.5粒子质量减少为△m₂=（C² _m0-C² _mx）V，粒子数目变化为△n₂=（C² _n0-C² _nx）V。

因此培养箱中的植物吸附的PM2.5的质量为

Δm=Δm₁-Δm₂=（C¹ _m0-C¹ _mx）V-（C² _m0-C² _mx）V

培养箱中的植物吸附的粒子数为

Δn=Δn₁-Δn₂=（C¹ _n0-C¹ _nx）V-（C² _n0-C² _nx）V

因此通过连接的PM2.5测量装置8，观测箱体内颗粒物数量浓度、质量浓度、粒径等的变化，因此可以很清楚地计算出植物植株吸附了多少质量的PM2.5颗粒物、多少个数的PM2.5颗粒物。并且可以通过气溶胶发生器11的配置来检测植物对PM1.0、PM2.5、PM10等颗粒物的吸附效果。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims

1.一种面向植物吸附PM2.5能力定量分析的环境模拟实验箱，其特征在于，包括：

可密闭的箱体，

分别与所述箱体连通的PM2.5生成装置以及PM2.5测量装置，

以及

2.根据权利要求1所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述箱体骨架为铝合金型材，所述箱体底面为有机玻璃或者其他材质，其余面均为有机玻璃；所述箱体内表面覆盖有聚四氟乙烯膜。

3.根据权利要求2所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述箱体上开设有可闭合的植物出入窗。

4.根据权利要求3所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述植物出入窗的周边以及所述箱体面与面之间的连接处均通过硅胶垫密封。

5.根据权利要求1所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述箱体底部开设有若干道流水槽，所述流水槽汇聚于设置于所述箱体底部的可闭合排水孔。

6.根据权利要求5所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述箱体上设置有可闭合的排气窗，所述排气窗处设置有空气净化过滤装置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述PM2.5生成装置包括初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构，所述初始PM2.5颗粒物生成机构以及纯净空气生成机构通过混匀分流机构连通至所述箱体。

8.根据权利要求7所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述初始PM2.5颗粒物生成机构包括顺次设置的气溶胶发生器、颗粒物切割器以及气体流量计；所述纯净空气生成机构包括顺次设置的空气发生器以及气体流量计。

9.根据权利要求8所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述混匀分流机构包括顺次连接的气体混匀管、干燥去静电装置、以及双通阀。

10.根据权利要求1-6或8-9任意一项所述的环境模拟实验箱，其特征在于，所述PM2.5测量装置包括分别连通至所述箱体的颗粒物采集器、颗粒物质量浓度检测仪以及粒子计数器。