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山东大学学报 (工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (3): 109-116.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.004

• 化学与环境 • 上一篇    下一篇

工程纳米颗粒物气溶胶的制备方法及系统

韩毅(),徐震,关甜,崔洋,胡卉,马骊溟   

  1. 长安大学汽车学院,陕西 西安 710064
  • 收稿日期:2021-12-31 出版日期:2022-06-20 发布日期:2022-06-23
  • 作者简介:韩毅,1975年4月出生,工学博士,长安大学教授,博士生导师,美国加州大学访问学者,戴维斯市荣誉市民,陕西省青年科技工作者协会理事,全国汽车行业生产力促进中心智能网联汽车专家,中国指挥与控制学会无人系统专业委员会委员,中国车联网与智能汽车测试技术创新联盟副秘书长,工信部新能源与智能网联汽车专家,中国汽车文化委员会副秘书长。主要研究领域包括:新能源车辆的电池及整车控制系统;无人驾驶智能车辆系统;道路、桥梁、隧道、高铁检测系统;智能医疗器械。先后主持或参与了国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省自然科学基金、陕西省科技攻关、国家“863”计划等多项研究课题,发表科技论文20余篇,申请专利近200项。主持激光道路检测车项目,荣获陕西省科技进步一等奖和商丘市科技进步一等奖。2015年获评江苏省创新创业人才,2016年获陕西省青年科技奖,2019年获评江苏省“333高层次人才”。
    韩毅(1975—),男,陕西西安人,教授,博导,主要研究方向为嵌入式系统、人工智能等。E-mail: hany@chd.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划—中国和美国政府合作资助项目(2019YFE0117800)

Preparation method and system of engineering nanoparticle aerosol

Yi HAN(),Zhen XU,Tian GUAN,Yang CUI,Hui HU,Liming MA   

  1. School of Automobile, Chang′an University, Xi′an 710064, Shaanxi, China
  • Received:2021-12-31 Online:2022-06-20 Published:2022-06-23

摘要:

基于纳米材料悬浮液的雾化法,设计一种流量和质量浓度可调节的碳纳米颗粒气溶胶制备系统。该系统将洁净的空气与碳纳米管材料分散液喷雾混合在不锈钢雾化室中,得到不稳定的气溶胶,配合嵌入式温控系统、流量控制系统和质量浓度控制系统,使不稳定的气溶胶在加热膨胀室中恒温加热,膨胀并达到均匀,通过控制可调开度的阀体得到较为稳定均匀的纳米颗粒物气溶胶流。试验表明,在温控系统表现理想的情况下,设计流量与设定流量的最大误差为9.312 mL/min,设计质量浓度与设定质量浓度的最大误差为0.206 mg/m3,基本可以产生流量和质量浓度相对稳定的纳米颗粒气溶胶。

关键词: 工程纳米颗粒物, 气溶胶, 制备方法, 流量控制, 质量浓度控制

Abstract:

A carbon nanoparticle aerosol preparation system with adjustable flow rate and mass concentration was designed based on the atomization method of nanomaterial suspension. The clean air and carbon nanotube material dispersion were sprayed and mixed in a stainless steel atomizing chamber to obtain an unstable aerosol. With the embedded temperature control system, flow control system and mass concentration control system, the unstable aerosol could be heated at a constant temperature in expansion chamber. Then the unstable aerosol expanded rapidly and reached uniformity. A relatively stable and uniform nanoparticle aerosol flow was obtained by controlling the valve body with an adjustable opening. It was demonstrated by experiments that under the condition of ideal temperature control system, the maximum error between the flow rate and the set value was 9.312 mL/min, and the maximum error between the mass concentration and the set value was 0.206 mg/m3. Nanoparticle aerosol with stable flow and mass concentration was generated basically.

Key words: engineering nanoparticle, aerosol, preparation method, flow control, mass concentration control

中图分类号: 

  • TB302.1

表1

BT100-2J精密型蠕动泵工作参数"

转速/(r·min-1) 通信接口 长×宽×高/(mm×mm×mm) 电压/V 工作温度/℃ 最大参考流量/(mL·min-1)
0.1~100 RS485 232×141×149 90~260 0~40 270

图1

蠕动泵"

图2

热电阻"

表2

PT100热电阻参数"

工作温度/℃ 标称电阻/Ω 长期稳定性/h 推荐工作电流/mA
-200~600 100 1000 0.5

图3

超声波雾化喷嘴"

图4

可吸入颗粒物检测仪"

图5

气溶胶发生装置系统结构 1—空气压缩机;2—HEPA过滤器;3—压缩空气储藏室;4—压缩空气储藏室气压表;5—空气流量计;6—洁净空气阀门;7—不锈钢雾化室;8—碳纳米管分散液;9—蠕动泵;10—超声雾化喷嘴;11—喷雾止回阀门;12—多功能干燥管;13—加热膨胀室;14—加热膨胀室气压表;15—可控开度阀门;16—气体流量计;17—1.5 mm喷孔;18—热电阻;19—加热器;20—嵌入式单板电脑。"

图6

嵌入式控制系统"

图7

恒温加热系统控制流程"

图8

恒温加热系统温度曲线图"

图9

流量控制系统控制流程图"

图10

流量控制系统曲线图"

图11

质量浓度控制系统的控制流程"

图12

质量浓度控制系统曲线图"

图13

上位机控制系统软件界面图"

图14

气溶胶发生设备"

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