그을음

Soot
대형 디젤 트럭의 배기 가스 내 그을음 배출(입자 필터 미포함)

그을음(/sµt/suut)은 [1]탄화수소의 불완전 연소로 인해 발생하는 불순 탄소 입자 덩어리입니다.이는 기상 연소 과정의[citation needed] 산물에 더 적절하게 제한되지만, 일반적으로 열분해 중에 공기 중에 방출될 수 있고 코크스 또는 차르로 더 잘 식별되는 석탄, 세노스피어, 숯 나무 및 석유 코크스와 같은 잔류 열분해 연료 입자를 포함하도록 확장된다.

그을음은 다양한 종류의 암과 폐질환을 [2]일으킨다.

원천

환경 내 공기 중 오염물질로서의 그을음은 여러 가지 원인이 있으며, 이 모든 것이 열분해의 결과입니다.석탄 연소, 내연기관,[1] 발전소 보일러, 돼지 연료 보일러, 선박 보일러, 중앙 증기 열 보일러, 폐기물 소각, 국지 연소, 주택 화재, 산불, 난로 및 용광로에서 발생하는 그을음 등이 이에 해당한다.이러한 외부 공급원은 또한 식물 물질, 요리, 오일 램프, 촛불, 먼지가 침전된 석영/할로겐 전구, 벽난로, [3]차량의 배기 가스 배출 및 결함로 등의 실내 환경 공급원에도 기여합니다.매우 낮은 농도의 그을음은 표면을 어둡게 하거나 환기 시스템의 그을음처럼 입자 응집을 검게 보이게 할 수 있습니다.그을음은 벽과 천장, 벽과 바닥이 만나는 곳의 변색인 "고스트"의 주요 원인입니다.일반적으로 베이스보드 전기 난방 장치 위의 벽이 변색되는 원인이 됩니다.

그을음의 형성은 연료 [4]조성에 따라 크게 달라집니다.연료 성분의 분사 경향의 순위는 나프탈렌벤젠지방족이다.그러나 지방족(알칸, 알케인, 알킨)은 화염의 종류에 따라 지방족(알칸, 알켄, 알킨)의 성향이 크게 다르다.지방족과 방향족 간의 차이는 주로 형성 경로의 차이에서 기인하는 것으로 생각된다.지방족들은 먼저 느린 과정인 아세틸렌과 폴리아세틸렌을 형성하는 것으로 보인다. 방향족들은 이 경로뿐만 아니라 기존의 방향족 [5][6]구조 위에 있는 고리 응축 또는 중합 반응을 포함하는 보다 직접적인 경로 모두에 의해 그을음을 형성할 수 있다.

묘사

정부간 기후변화위원회(IPCC)는 Charlson과 Heintzenberg(1995년)의 용어집에 제시된 그을음 입자에 대한 설명을 채택했다. "유기 증기의 화염의 바깥쪽 가장자리에서 가스가 담금질되는 동안 형성된 입자는 주로 탄소로 구성되며, 산소와 수소의 양이 카르복실기로 나타난다.nd 페놀기 및 불완전한 흑연 [7]구조를 나타낸다.

그을음의 형성은 복잡한 과정으로, 많은 분자들이 [1]몇 밀리초 안에 많은 화학적, 물리적 반응을 겪는 물질의 진화입니다.그을음은 비정질 [citation needed]탄소의 분말 형태의 형태이다.기상 그을음에는 다환 방향족 탄화수소(PAH)[1][8]가 포함되어 있습니다.그을음 속의 PAHs는 돌연변이[9] 물질로 알려져 있으며 국제암연구기구(IARC)[10]에 의해 "인간의 알려진 발암 물질"로 분류됩니다.아세틸렌과 같은 전구체 분자에서 불완전 연소 시 그을음이 형성됩니다.직경 6~30nm의 응집된 나노입자로 구성되어 있습니다.그을음 입자는 금속 산화물 및 미네랄과 혼합될 수 있으며 황산으로 [1][11]코팅될 수 있습니다.

그을음 형성 메커니즘

그을음 생성 화학에 대한 많은 세부 사항들은 여전히 해답이 없고 논란의 여지가 있지만, [1]몇 가지 합의가 있었다.

  • 그을음은 전조물질이나 블록에서 시작된다.
  • 무거운 분자의 핵이 형성되어 입자가 형성된다.
  • 입자의 표면 성장은 기상 분자의 흡착에 의해 진행된다.
  • 응고는 반응성 입자-입자 충돌을 통해 발생합니다.
  • 분자와 그을음 입자의 산화는 그을음 형성을 감소시킨다.

위험 요소

미드랜드 메인라인의 동력차에 검은 얼룩이 묻어있네요인터시티 125 고속열차는 열차 표면에 그을음이 쌓인 결과입니다.

그을음, 특히 디젤 배기가스 오염은 대기 [3][12]중 총 유해 오염의 1/4 이상을 차지한다.

디젤 배기가스 성분 중 미세먼지는 호흡기에 직접적이고 광범위한 영향을 미치기 때문에 인간의 건강에 심각한 문제가 되고 있다.초기에 보건 전문가들은 PM10(직경 10μm 미만)을 만성 폐질환, 폐암, 인플루엔자, 천식사망률 증가와 연관시켰다.그러나 최근의 과학 연구에 따르면 이러한 상관관계가 미립자(PM2.5) 및 초미세 입자(PM0.1)[1]와 더 밀접하게 연관되어 있습니다.

그을음이 포함된 도시 대기 오염에 장기간 노출되면 관상동맥 [13]질환의 위험이 높아집니다.

디젤 배기 가스(DE)는 연소로 인한 미립자 물질 대기 [3]오염의 주요 원인입니다.노출 챔버 설정을 사용한 인체 실험 연구에서 DE는 급성 혈관 기능 장애 및 혈전 [14][15]형성과 관련이 있습니다.이는 이전에 설명한 입자 물질 대기 오염과 심혈관 질환 및 [citation needed]사망률 증가 사이의 그럴듯한 기계적 연관성 역할을 한다.

벽난로가 하나 이상 있는 가정집 굴뚝에도 그을음이 생기기 쉽다.큰 퇴적물이 한 곳에 모이면 불이 붙어서 굴뚝에 불이 날 수 있다.굴뚝 청소기로 정기적으로 청소하면 문제가 [16]없어집니다.

그을음 모델링

그을음 메커니즘은 디젤 연료의 많은 주요 구성 요소, 복잡한 연소 메커니즘 및 그을음 [1]형성 중 이종 상호작용 때문에 수학적으로 모델링이 어렵습니다.그을음 모델은 크게 세 가지 하위 그룹으로 분류된다. 경험적(실험 그을음 프로필과 일치하도록 조정된 동일성), 반경험적(결합 수학 방정식 및 입자 수 밀도, 그을음 부피 및 질량 분율에 사용된 일부 경험적 모델), 세부 이론적 메커니즘(상세 화학적 친족 포함)모든 단계에서 [1]etics 및 물리적 모델).

첫째, 경험적 모델은 그을음 생성 추세를 예측하기 위해 실험 데이터의 상관 관계를 사용합니다.경험적 모델은 구현이 쉽고 주어진 작동 조건 집합에 대해 우수한 상관 관계를 제공합니다.그러나 그을음 생성의 기본 메커니즘을 조사하기 위해 경험적 모델을 사용할 수 없습니다.따라서 이러한 모델은 작동 조건의 변화를 처리할 수 있을 만큼 유연하지 않습니다.특정 [1]조건에서 이전에 확립된 설계 실험에만 유용합니다.

둘째, 반경험적 모델은 실험 데이터를 사용하여 보정된 속도 방정식을 해결합니다.반경험적 모델은 그을음 형성 및 산화의 화학 작용을 단순화함으로써 계산 비용을 절감합니다.반경험적 모델은 화학 메커니즘의 크기를 줄이고 아세틸렌과 같은 단순한 분자를 [1]전구체로 사용합니다.상세한 이론 모델은 그을음의 농도를 예측하기 위해 수백 가지의 화학 반응을 포함하는 광범위한 화학 메커니즘을 사용합니다.상세 이론 그을음 모델에는 그을음 형성에 존재하는 모든 구성 요소가 포함되어 있으며, 높은 수준의 화학 [1]및 물리적 프로세스가 포함되어 있습니다.

마지막으로, 포괄적인 모델(상세 모델)은 경험적 또는 반경험적 모델보다 훨씬 복잡하기 때문에 일반적으로 비용이 많이 들고 계산 속도가 느립니다.최근의 계산 기술의 진보에 의해, 상세한 이론 모델을 사용해 보다 현실적인 결과를 얻는 것이 보다 실현 가능하게 되었다.그러나, 종합 이론 모델의 진보는 형성 [1]메커니즘의 모델링의 정확성에 의해 제한된다.

또한, 최근 현상학 모델이 널리 사용되고 있습니다.반경험적 모형으로 분류될 수 있는 현상학적 그을음 모형은 경험적으로 관찰된 현상을 기본 이론과 일치하지만 이론에서 직접 도출되지 않는 방식으로 상호 연관시킨다.이러한 모델은 연소 과정 중에 관찰되는 다양한 프로세스(또는 현상)를 설명하기 위해 개발된 하위 모델을 사용합니다.현상학적 경험적 모델의 서브모델의 예로는 스프레이 모델, 리프트오프 모델, 열방출 모델, 점화 지연 모델 등이 있다.이러한 하위 모델은 관찰 또는 기본적인 물리적 및 화학적 관계를 사용하여 경험적으로 개발할 수 있다.현상학 모델은 비교적 단순하기 때문에 정확하다.특히 모형 모수의 정확도가 낮을 때 유용합니다.경험적 모델과 달리, 현상학적 모델은 여러 운영 조건이 변경되었을 때 합리적인 결과를 도출할 수 있을 만큼 충분히 유연하다.[1]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n Omidvarborna; et al. (2015). "Recent studies on soot modeling for diesel combustion". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 48: 635–647. doi:10.1016/j.rser.2015.04.019.
  2. ^
  3. ^ a b c Omidvarborna; et al. (2014). "Characterization of particulate matter emitted from transit buses fueled with B20 in idle modes". Journal of Environmental Chemical Engineering. 2 (4): 2335–2342. doi:10.1016/j.jece.2014.09.020.
  4. ^ Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N. (2006). Atmospheric Chemistry and Physics : From Air Pollution to Climate Change (2nd ed.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-72018-6.
  5. ^ Graham, S. C.; Homer, J. B.; Rosenfeld, J. L. J. (1975). "The formation and coagulation of soot aerosols generated in pyrolysis of aromatic hydrocarbons". Proc. Roy. Soc. Lond. A. 344: 259–285. doi:10.1098/rspa.1975.0101. JSTOR 78961. S2CID 96742040.
  6. ^ Flagan, R. C.; Seinfeld, J. H. (1988). Fundamentals of Air Pollution Engineering. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0-13-332537-7.
  7. ^ Charlson, R. J.; Heintzenberg, J., eds. (1995). Aerosol Forcing of Climate. New York, NY: John Wiley & Sons. p. 406. ISBN 0-471-95693-7.
  8. ^ 실내 공기 품질 핸드북의 Rundel, Ruthann, "다환 방향족 탄화수소, 프탈레이트 및 페놀", John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F.McCarthy (eds), 34.1-34.2페이지, 2001
  9. ^ 실내 공기 품질 핸드북의 Rundel, Ruthann, "다환 방향족 탄화수소, 프탈레이트 및 페놀", John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F.McCarthy (eds), 34.18-34.21페이지, 2001
  10. ^ "Soots (IARC Summary & Evaluation, Volume 35, 1985)". Inchem.org. 1998-04-20. Retrieved 2013-12-04.
  11. ^ Niessner, R. (2014). "The Many Faces of Soot: Characterization of Soot Nanoparticles Produced by Engines". Angew. Chem. Int. Ed. 53 (46): 12366–12379. doi:10.1002/anie.201402812. PMID 25196472.
  12. ^ "Health Concerns Associated with Excessive Idling". Nctcog.org. Retrieved 2013-12-04.
  13. ^ 크리스틴 A는 "여성의 대기 오염과 심혈관계 사건의 장기 노출과 발생률"이라고 말했다.밀러, 데이비드 S시스코빅, 리앤 셰퍼드, 크리스틴 셰퍼드, 제프리 H. 설리번, 가넷 L.앤더슨, 그리고 조엘 D.Kaufman, New England Journal of Medicine, 2007년 2월 1일
  14. ^ Lucking, Andrew J.; et al. (2008). "Diesel exhaust inhalation increases thrombus formation in man". European Heart Journal. 29 (24): 3043–3051. doi:10.1093/eurheartj/ehn464. PMID 18952612.
  15. ^ Törnqvist, Håkan; et al. (2007). "Persistent Endothelial Dysfunction in Humans after Diesel Exhaust Inhalation". American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 176 (4): 395–400. doi:10.1164/rccm.200606-872OC. PMID 17446340.
  16. ^ "Gr8fires". gr8fires.co.uk. 2015-02-22.

외부 링크