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光致城市界面矿尘分解臭氧的作用及机制研究

光致城市界面矿尘分解臭氧的作用及机制研究

作者：范露江南大学

学位级别：硕士

近地臭氧污染已成为影响城市空气质量的普遍因素。矿物粉尘表面的非均相化学行为是对流层臭氧的重要汇,但现有关于矿尘的研究多针对大气体系,关注常温无光条件下矿尘对臭氧的吸附分解以及紫外光照射条件下矿尘的光催化(光电过程)分解,... 详细信息

近地臭氧污染已成为影响城市空气质量的普遍因素。矿物粉尘表面的非均相化学行为是对流层臭氧的重要汇,但现有关于矿尘的研究多针对大气体系,关注常温无光条件下矿尘对臭氧的吸附分解以及紫外光照射条件下矿尘的光催化(光电过程)分解,并未考虑城市界面矿尘光热转换的作用。本文以典型矿尘成分Ti O、FeO、α-AlO和Si O作为研究对象,探索了矿尘与臭氧的非均相光化学反应中光热效应的影响和作用机制,在此基础上探究硝酸盐和硫酸盐沉积以及共存气体(HO、NO和CO)对光电效应和光热效应的影响和作用机制。本论文的主要结果如下:(1)探究了光热效应对矿尘摄取臭氧的作用。模拟太阳光照射下(100 m W/cm),绝缘体氧化物α-AlO和Si O表面的臭氧摄取由光热效应控制,而半导体氧化物FeO和Ti O表面的臭氧分解由光电和光热效应同时作用。当矿尘温度为70℃时,光热效应对FeO和Ti O摄取臭氧量的贡献占55.3%和54.9%。对于FeO和Ti O,光热效应除了影响其热催化过程,还可影响光催化过程。光热效应导致的温度升高增强了FeO的光电效应,但抑制了Ti O的光电效应。光热转换导致界面矿尘的温度和反应活性升高,从而使得光源撤除后(日落后)的一段时间内矿尘保持较高的活性。因此,沉积矿尘和城市下垫面的光热转换可以显著增强白天和日落后的臭氧分解。(2)考察了硫酸盐和硝酸盐沉积对矿尘光致摄取臭氧行为的影响。硝酸盐沉积量为1%时α-AlO的暗态和光照臭氧摄取系数以及FeO的暗态臭氧摄取系数均高于沉积量为0.1%和10%的情况下。α-AlO和FeO对臭氧的摄取系数与硫酸盐的沉积量成负相关。1%硝酸盐促进了α-AlO表面臭氧的热催化分解,但对光催化分解无显著影响,且仅在≤30℃范围内对FeO的光电和光热效应产生影响。1%硫酸盐沉积时,FeO光催化分解臭氧受到抑制,热催化是α-AlO和FeO表面臭氧的分解的主要途径。(3)研究了共存气氛对矿尘光致摄取臭氧行为的影响。暗态条件下,水抑制臭氧在α-AlO和FeO表面的分解。在相对湿度0-40%(25℃)的区间内,HO竞争FeO表面活性位点的抑制作用与产生自由基的促进作用平衡,使得FeO的光照臭氧摄取系数无显著变化。NO对α-AlO的暗态臭氧摄取系数无显著影响,但增大了其光照臭氧摄取系数。NO对FeO的暗态和光照臭氧摄取系数均无显著影响。NO可与臭氧发生气相反应促进臭氧分解,但NO却可抑制了FeO光生载流子的分离。CO共存增大了α-AlO的暗态和光照臭氧摄取系数。CO共存也增大了FeO的暗态臭氧摄取系数,但对其光照臭氧摄取系数却无显著影响。虽然辐照促使CO与臭氧发生气相反应,但CO也可抑制FeO光生载流子的分离。

关键词：矿尘臭氧分解光催化光热城市下垫面

金属矿尘在呼吸道的运动沉积规律及暴露风险评价

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金属矿尘在呼吸道的运动沉积规律及暴露风险评价

作者：苏红中南大学

学位级别：硕士

随着采矿业的蓬勃发展,采矿业作业人员的呼吸系统健康问题亟需社会的关注。为分析矿尘在呼吸道的沉积位置及沉积量,揭示矿尘在人体呼吸道的运动规律,对矿尘行业作业人员的科学职业防护工作提供指导建议,本文基于矿尘在人体呼吸道的数值... 详细信息

随着采矿业的蓬勃发展,采矿业作业人员的呼吸系统健康问题亟需社会的关注。为分析矿尘在呼吸道的沉积位置及沉积量,揭示矿尘在人体呼吸道的运动规律,对矿尘行业作业人员的科学职业防护工作提供指导建议,本文基于矿尘在人体呼吸道的数值模拟研究,建立矿尘的呼吸暴露风险评价体系,研究结论如下:(1)以职业病风险高的金属矿矿尘为研究对象,取八种常见的金属矿矿尘样本,通过实验测量各矿尘的粒径、密度、形状、比表面积等物理特性。运用ANSYS等软件,建立口腔-支气管的人体完整呼吸道三维模型,对金属矿矿尘在呼吸道内的运动沉积规律进行模拟研究。(2)明确矿尘在人体呼吸道的沉积规律。矿尘在呼吸道的运动沉积受密度、粒径、劳动强度的影响。矿尘的密度越大、粒径越大,在呼吸道内的沉积作用越明显,且矿尘粒径的影响程度更高。粒径大于1mm的矿尘,呼吸道矿尘沉积率随粒径、劳动强度增大而升高,其中5.21mm以上的矿尘将全部沉积于呼吸道且咽喉沉积率大于85%。矿尘主要沉积在咽喉后部,气管涡流处,逃逸位置主要是左下叶外侧底段支气管及右下叶外侧底段支气管。(3)基于矿尘在人体呼吸道的运动沉积与人体粘液纤毛系统的除尘时间,建立矿尘的呼吸暴露风险评价,对作业人员提出相适配的呼吸防护用品建议。以取样的八种常见矿尘为实例进行应用,得出建议如下:轻度劳动强度下,可采取间歇作业或换岗作业结合配备呼吸防护用具的方式。中、重度劳动强度下,采取高防护系数的呼吸防护防护用具的方式。防护用具的选配基于各矿尘的暴露风险等级确定。图45幅,表19个,参考文献90篇

关键词：金属矿矿尘呼吸道沉积率数值模拟风险评价

沙尘期间矿尘组分对吸光性气溶胶质量和光吸收的贡献及影响研究

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沙尘期间矿尘组分对吸光性气溶胶质量和光吸收的贡献及影响研究

作者：周陶美子山东大学

学位级别：硕士

矿尘是大气气溶胶的重要组成部分。矿尘气溶胶直接辐射效应(Direct radiative effect,DRE)的区域变化会引起直接的气候反馈效应,在区域和全球尺度的气候和环境变化中具有重要影响。矿尘(Mineral dust,MD)与黑碳(Black carbon,BC)、棕碳(... 详细信息

矿尘是大气气溶胶的重要组成部分。矿尘气溶胶直接辐射效应(Direct radiative effect,DRE)的区域变化会引起直接的气候反馈效应,在区域和全球尺度的气候和环境变化中具有重要影响。矿尘(Mineral dust,MD)与黑碳(Black carbon,BC)、棕碳(Brown carbon,BrC)共同构成了大气中主要的吸光性气溶胶(Light-absorbing aerosols,LAAs),尤其是在我国北方污染较重且受沙源影响明显的地区。然而,当前对大气中矿尘吸光特性和吸光贡献的认识仍较为有限,从而影响着吸光性气溶胶辐射效应的准确、全面评估。本研究结合沙尘期间多站点在线监测数据与离线样品分析数据,分析了沙尘过程中矿尘组分对吸光性气溶胶的质量浓度、吸光特性及相对辐射强迫量化表征的影响及相应贡献。本研究于2021年春季我国北方强沙尘事件过程中,选取沙尘传输路径上六个城市站点(乌海、石家庄、德州、济南、青岛和南京)作为在线监测站点,结合多波段黑碳仪和重金属监测仪的同步观测,量化了 MD、BC和非BC类吸光物质(Delta-C)的质量浓度,讨论了沙尘与非沙尘时期各类吸光性气溶胶的浓度与其昼夜变化的差异;改进了传统的“二元”Aethalometer模型,并解析了 MD、BC和BrC的吸光系数、吸光贡献及其昼夜变化,对比了沙尘与非沙尘期间各类吸光性气溶胶吸光特性的差异;最后通过简化模型评估了 MD、BC和BrC之间的相对辐射强迫。选取青岛站点作为离线监测站点,采集了总悬浮颗粒物(Total suspended particle,TSP)样品,通过酸熏去除TSP样品中碳酸盐,结合热-光法对酸处理前后样品中的元素碳/有机碳分析,探讨了矿尘中碳酸盐组分的存在对基于热-光法的元素碳/有机碳质量定量分析以及元素碳吸光特性定量表征的影响。研究结果表明,各城市站点各类吸光性气溶胶的质量浓度由高到低依次为MD>BC>Delta-C;化石燃料源是各站点BC的主要贡献源,观测期间平均贡献均在70%以上。沙尘期间,各站点MD和Delta-C的质量浓度显著升高,且在近沙源乌海站点尤为显著;MD及其中关键的吸光性含铁氧化物与Delta-C表现出较强的正相关性,表明矿尘中吸光性含铁氧化物是Delta-C的重要贡献者。MD的光吸收呈现随波长增加而降低的趋势。沙尘期间,各站点MD的吸光系数显著增加,尤其是在近沙源站点和短波段范围。沙尘期间,近沙源的乌海站点MD在370 nm波段对气溶胶总光吸收的贡献可达25%。相较于非沙尘期间,沙尘期间MD相对于BC对370-470 nm和370-950 nm波长范围对太阳辐射的直接吸收贡献分别增长了 7.6%～46.8%和3.9%～24.2%。酸熏处理样品的分析结果直接证实了沙尘期间颗粒物样品中存在矿尘碳酸盐的影响;研究发现,碳酸盐的存在会导致基于传统热-光法分析的EC和OC质量浓度的高估、气溶胶总吸光系数(尤其是长波段下)的低估、以及元素碳吸光系数的低估(尤其是在强沙尘影响下),这主要缘于对元素碳质量吸收截面的低估。本研究结果提供了典型沙尘期间我国北方不同城市站点矿尘、黑碳、棕碳三类典型吸光性气溶胶的浓度水平、吸光系数和吸光贡献,以及元素碳的质量吸收截面等基础数据,有助于后续全面认识矿尘气溶胶的浓度水平、吸光贡献和相对辐射强迫,也可为后续进行各类吸光性气溶胶的辐射效应评估提供参考依据和基础数据。

关键词：矿尘黑碳热-光法多波段黑碳仪吸光特性

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广西锡矿矿尘致矽肺的危险度评价

中华劳动卫生职业病杂志 2002年第6期20卷 430-432页

作者：张华生杨剑覃英标陈荣安陈镜琼广西壮族自治区南丹县大厂镇华锡集团大厂工人医院 547205 华中科技大学同济医学院劳动卫生与环境卫生系

目的　探索锡矿矿尘的致病强度和最低无害作用水平。方法　选择广西锡矿 1 960～1 974年期间接触矿尘至少 1年的男性矿工 4 471名建立回顾性接尘队列 ,并用以同一方法建立的瓷厂接尘队列与其进行比较 ;采用SAS中的生存检验分析软件进行... 详细信息

目的　探索锡矿矿尘的致病强度和最低无害作用水平。方法　选择广西锡矿 1 960～1 974年期间接触矿尘至少 1年的男性矿工 4 471名建立回顾性接尘队列 ,并用以同一方法建立的瓷厂接尘队列与其进行比较 ;采用SAS中的生存检验分析软件进行非参数估算 ,评价锡矿矿尘致矽肺的危险度。结果　随访到 1 994年底 ,锡矿队列工人矽肺发病 971例 (2 1 .7% ) ,其中 81 %的病例为 1 958年前接尘对象 ,累积接触总粉尘量 (CTD)与矽肺危险度明显相关 :当CTD 40 0mg·m- 3·年 - 1 时 ,矽肺危险度上升到 0 .971。瓷厂接尘工人CTD >40 0mg·m- 3·年 - 1 时 ,矽肺危险度仅为 0 .369。结论　锡矿接触矿尘工人的矽肺发病与CTD明显相关 ;

关键词：广西锡矿矿尘矽肺危险性评估职业卫生

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煤体表面粗糙度对接触角和表面能的影响研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 44-50页

作者：张健许博魏建平张鹏妍蔡茂林张凯旋河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

为有效治理矿尘,改善作业环境,保障作业安全,以煤体表面粗糙度为研究对象,选取哈密褐煤、老公营子褐煤、安阳焦煤和赵固二矿无烟煤,采用非接触方式测量煤体被不同目砂纸打磨后的表面粗糙度,采用座滴法测量煤体表面被去离子水和丙三醇润... 详细信息

为有效治理矿尘,改善作业环境,保障作业安全,以煤体表面粗糙度为研究对象,选取哈密褐煤、老公营子褐煤、安阳焦煤和赵固二矿无烟煤,采用非接触方式测量煤体被不同目砂纸打磨后的表面粗糙度,采用座滴法测量煤体表面被去离子水和丙三醇润湿后不同粗糙度的接触角,选用OWRK法计算煤体不同表面粗糙度的表面能,研究煤体表面粗糙度对接触角和表面能的影响。结果表明:随着煤体表面粗糙度逐渐增加,哈密褐煤、老公营子褐煤和赵固二矿无烟煤接触角逐渐减小,煤体表面能逐渐增大,而安阳焦煤接触角逐渐增大,表面能逐渐减小;褐煤呈亲水性,焦煤呈疏水性,无烟煤呈弱亲水性;煤样的变质程度既影响接触角的变化趋势和变化范围,又影响表面能性质;4种煤样的表面能和润湿性随表面粗糙度变化趋势相同,可以从表面能角度分析表面粗糙度影响煤体润湿的结果和规律;表面能与接触角负相关,随着表面能增加,4种煤样的接触角均减小。

关键词：煤体矿尘表面粗糙度接触角表面能润湿性

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稀土矿尘和天然钍联合作用的病理学观察

中华放射医学与防护杂志 1993年第1期13卷 28-30页

作者：王玉珍程永娥卫生部工业卫生实验所，北京　100088

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稀土矿尘和钍致大鼠肺纤维化作用的观察

中华放射医学与防护杂志 1992年第1期12卷 45-47页

作者：陈莲孙学智卫生部工业卫生实验所，北京 100088

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矿尘的产生机理研究

煤矿安全 2014年第2期45卷 12-14页

作者：王庆国王德明王和堂中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

矿尘的产生不仅破坏煤矿井下工人的作业环境,其引发的尘肺病和煤尘爆炸也严重制约了我国煤矿的安全生产。治理矿尘灾害,要从源头入手。通过分析煤矿井下各种破(煤)岩方法,得出了破(煤)岩过程中矿尘的产生机理,包括机械破岩产尘、爆破破... 详细信息

矿尘的产生不仅破坏煤矿井下工人的作业环境,其引发的尘肺病和煤尘爆炸也严重制约了我国煤矿的安全生产。治理矿尘灾害,要从源头入手。通过分析煤矿井下各种破(煤)岩方法,得出了破(煤)岩过程中矿尘的产生机理,包括机械破岩产尘、爆破破岩产尘、支护产尘、运输产尘和装载产尘等,其中机械破岩是煤矿井下的主要作业方式,也是井下矿尘的主要产生源。

关键词：矿尘尘肺病煤尘爆炸破岩产尘矿尘防治

含二氧化钍的稀土混合矿尘体外诱发金黄地鼠胚胎细胞的恶性转化

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辐射研究与辐射工艺学报 1991年第1期9卷 44-49页

作者：高凤鸣卫生部工业卫生实验所

本文用天然钍体外诱发了金黄地鼠胚胎细胞恶性转化。其组成成分为等量的^(228)Th及^(232)Th,培养液内最终浓度为3及6μg/ml,放射性活度分别为0.01065和0.02120Bq,每个细胞平均累积吸收剂量分别为4.24×10^(-12)和3.38×10^(-9)mGy。自... 详细信息

本文用天然钍体外诱发了金黄地鼠胚胎细胞恶性转化。其组成成分为等量的^(228)Th及^(232)Th,培养液内最终浓度为3及6μg/ml,放射性活度分别为0.01065和0.02120Bq,每个细胞平均累积吸收剂量分别为4.24×10^(-12)和3.38×10^(-9)mGy。自加入钍后15d细胞发生形态学转化处,细胞发生突变[Oua^R(+)反应],细胞最大饱和密度增加,为对照组的4.4倍,刀豆蛋白A凝集试验(+)反应,SEM观察细胞表面微绒毛增多、粗细不一,并有疱状突起,于33d时细胞能在软琼脂培养基内形成细胞集落。上述结果表明钍在体外可直接诱发金黄地鼠胚胎细胞的恶性转化。

关键词： SHE细胞恶性转化二氧化钍矿尘