文摘

空气污染已经成为人们密切关注的问题与人类社会不断向前发展。然而,空气污染机制的知识仍然不足,缺乏实际的污染评价方法。本文研究了网吧的空气污染通过检测后的玻片表面形貌不同的曝光时间,原子力显微镜(AFM)。发现空气污染物的吸附在玻璃表面进行初始聚合粒子增长和颗粒间的沉积,最终完全覆盖。受污染的玻璃表面的化学成分进一步分析了x射线光电子能谱仪,表明污染主要是由碳氢化合物无论曝光时间。清洗实验表明,NaHCO₃解决方案可以最有效的皂化反应和水解除去吸附污染物。这项研究提供了一种替代的方法为研究空气污染和清洁被污染的材料表面的引用。

1。介绍

今天作为一个热点问题,主要表现为复合污染导致空气污染排放的烟尘和石油由于工业化和城市化的快速和可分为室内和室外空气污染。室外空气污染,通常被称为空气污染,主要是由于工业废气和交通尾气。研究表明,空气污染物,如二氧化硫,氮氧化物,和主要的粒子,是主要贡献者PM2.5的形成(1,2]。韩国研究人员调查了249名行政单位在长期接触空气污染物和心肺死亡率之间的关系。数据显示空气污染物,如没有₂,所以₂阿,₃显著正相关,与高死亡率(3]。根据2017年中国生态环境状况报告4),70.7%的338个地市级城市在中国未能达到新的环境空气质量标准,PM2.5和PM10的内容超过了正常的指数。这种情况不仅可以大大增加心血管疾病和肺结核的风险(5,6),但也容易导致森林大火7)和温室效应,对环境造成损害的incensement有限公司₂在空气烟雾浓度。

在一些公共场所的空气质量显著降低是由于人才流动的高密度和封闭的环境。灰尘积累的文章,导致严重的健康危害(8]。人花太多时间在一个狭小的环境空气质量差容易头晕、咳嗽、呼吸困难(9,10),甚至在口腔颊粘膜细胞DNA损伤(11]。例如,同时提供各种各样的室内娱乐、网吧也成为典型的室内空气污染的网站,通常是由烟草烟雾污染。在韩国的一项调查显示,烟雾污染存在于65%的国内网吧,和PM2.5浓度比24小时暴露标准的2.7倍(12]。这意味着,尽管许多人都活跃在各种网吧,网吧的封闭环境不仅危及这些人的健康,但也有一个负面影响公共环境卫生。

深入了解空气污染取决于空气污染测试。常用的空气质量监控解决方案包括尘埃图像捕获处理,辅助机器人空气质量监测,和室内空气品质的空气检测框架(13- - - - - -17]。他们的特点如表所示1。这些方法都依赖于空气传感器来收集空气组件信息转换为可读的数字信号,例如,测量中包含的组件,如甲醛和灰尘。然而,通常的考试是抽样在某一时刻,和结论不同程度的曝光时间是有限的。

为了进一步揭示空气污染的法律,这项工作开始调查网吧的污染,用原子力显微镜(AFM)观察表面形貌的变化受污染玻片与曝光时间和相应的污染物附着在玻璃表面的解决机制。表面污染物的化学成分,进一步分析了x射线光电子能谱。此外,不同清洗剂用于洗玻璃表面污染,获得的最佳清洗条件是比较清洁的效果。

2。实验材料和方法

因为普通玻片表面光滑容易获得在实验室里,他们被选为污染物的载体。玻璃被切成小块 厘米²和乙醇和去离子水超声清洗供以后使用。一个中型网吧选择在城市里空气污染作为一个网站,这是大约300²120年区和配备台式电脑,平均出席率达到60%。在实验期间,在线的人数是75 - 85,和空调温度设置为23°C。相对湿度是记录为45 - 55%。我们选择一台电脑在房间的中心,将清洗玻璃表(用干净的纸下方)在桌面上,并设置曝光时间的玻璃板8时间段,即10分钟,30分钟,1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 16 h和24小时。每个曝光时间结束时,幻灯片样本放在清洗存储箱的镊子和密封进行进一步的测试。在序列直到24小时结束,所有样本收集。

AFM介绍优秀的三维成像能力,使污染物清晰的形象。AFM (E-Sweep、日立、日本)被用来研究玻璃表面形貌和粗糙度的变化研究。氮化硅尖的名义半径(美国Veeco仪器公司MLCT) 20 nm,和正常的sprint悬臂0.1 N / m。x射线光电子能谱(XPS;AXI Sultra DLD,奎托斯有限公司日本岛津公司、日本)的化学成分进行了分析被污染的玻璃表面。有三种类型的清洁剂,即。,75% (v/v) alcohol (marked as #1 for simplicity), glass cleaning fluid (the main proportion is 10 wt.% C4 alkyl polyoxyethylene ether, 2 wt.% C12 sodium alkylbenzene sulfonate, 5% wt.% sodium toluene sulfonate, 3 wt.% ethanol, and 80 wt.% water) mixed with 6 wt.% NaHCO₃解决方案(这两个的体积比是1:1;# 2),和玻璃清洗液(# 3)。玻璃样本超声在不同的清洁剂清洗,和接触表面朝上(18]。清洗时间设置为1分钟,2分钟,5分钟。AFM也用来评估地形探测的清洗效果。

3所示。结果与讨论

3.1。进化后的玻璃表面形貌不同的曝光时间

图1显示了玻璃表面的形态变化后0-24 h暴露在网吧。可以看出,曝光时间有显著影响的详细表面粗糙。在10分钟,可以观察到更多的microprotrusions最初光滑的玻璃表面。随着曝光时间的增加到30分钟,突出结构显著增加。2 h,提出结构更明显,就像雨后的竹笋。它显示在某种程度上,当空气中污染物最初存款或坚持玻璃表面,他们倾向于凝结自己第一。随着曝光时间不断增加到24 h,表面形态逐渐变得光滑,这表明污染物沉积往往是稳定的(尽管其厚度将继续增加)。整个污染过程可以被描述为从不连续逐渐过渡到统一的报道。

图2比较概要文件和表面粗糙度的变化值的载玻片。从图可以看出2(一个)配置文件改变在10分钟内。从30分钟,hillock-like结构出现在这个概要文件,进一步说明污染物具有聚合和吸附。24小时时,剖面的变化往往是温和,表明沉积过程趋于稳定。相应地,从图可以看出2 (b)均方根粗糙度值显示了一个先上升然后下降的趋势,在任何时间和价值高于该值在0分钟(干净的表面),这是由于空气污染物的吸附。空气污染物的吸附在玻璃表面进行初始聚合粒子增长和颗粒间的沉积,最终完全覆盖,导致粗糙度随时间起伏(图3)。在提升的部分,从30分钟到1 h,粒子数量的增加,粒子直径从0.05扩展μ米至0.1μm。污染物被选择性地聚合和吸附,表面突起迅速增加,导致表面粗糙度值的上升趋势。其中,粒子的最大高度差是10分钟3 - 4海里,在30分钟5 - 6纳米,和6 - 7海里1 h,分别,这是符合这个概要文件的大的变化从30分钟到1 h图2(一个)。污染物往往聚合成microbumps并逐渐变得更大,导致粗糙度最高大约一个小时,这符合现象,平均高度的概要图2(一个)达到最高。在下降的部分,从1 h - 4 h,颗粒间的污染物沉积成为压倒性的,和更多的污染物粒子被吸附,在山谷之间。相应地,粒子之间的高度差高峰和低谷逐渐减少,与表面粗糙度值大大降低,但整体粗糙度值仍然很高。之后,从4 h 24 h,颗粒间的沉积过程减慢,导致peak-to-valley高度差从6 - 7海里减少到3 - 4海里,而粗糙度值降低了更稳定。

3.2。表面污染物的化学成分

为了进一步研究表面污染物的化学成分,XPS检测是用于分析载玻片的表面暴露在不同的时期。如图4(一)o1群,c1, Si2p信号观察到表面的幻灯片在0分钟(清洁玻璃表面),30分钟,2 h,和8 h,分别在玻璃衬底的其他山峰。与清洁玻璃表面相比,它是指出,没有发现新的元素后的玻璃表面污染,包括二氧化硫和其他硫化物通常包含在网吧的塑料包装。在图4 (b)c1和o1群的山峰,对应284.8 eV和531.08 eV,载玻片的表面上没有显著的不同。前对应于碳碳和碳氢键的碳氢化合物,和相对较高的强度检测污染玻璃表面清洁表面。因此推断碳氢化合物主要来自网吧的污染物。此外,对于不同类型的债券C与O之间,即。,C=O or C-O, the binding energy is generally greater than 284.8 eV; however, hardly any existence of these C peaks could be detected by XPS analysis. Considering that XPS analysis is carried out in a vacuum, gaseous CO₂被而眠。换句话说,CO的吸附能力₂是弱于污染物。因此,网吧的污染物主要是碳氢化合物,和空气污染物的化学成分并没有改变。

此外,定量分析的信号峰值的变化随着时间的推移o1群和c1。如表所示2的原子比O C在玻璃表面减少曝光时间。有人指出的内容比阿污染物可以低于玻璃矩阵,进而支持推理,网吧污染物主要是碳氢化合物。

3.3。表面清洗

在图5清洗后,用三个不同的清洁解决方案,污染物的附着在载玻片表面的降低,表面形态上的突出部分与原来相比显著降低表面8 h,和表面轮廓的山峰变得更低。为了进一步调查清洗效果,清洗表面的均方根粗糙度进一步比较。其中,表面粗糙度对清洁剂# 1下降比别人少的钱,这意味着代理# 1有相对糟糕的清洗效果。相应地,图中的表面粗糙度6清洁与代理# 2后明显下降。清洗的时间越长,清洗效果越好。当清洗时间达到5分钟,均方根粗糙度处理代理# 2(0.35海里)底部。相比之下,清洗表面并没有改变在此期间代理# 3,和清洁表面仍有明显microconvex山峰(图5(c))。通过纵向比较载玻片的表面形貌、载玻片的表面清洗后代理# 2是平滑,峰值明显减少,清洗效果远远优于代理# 1和# 3。

网吧的空气粉尘的粒径很小(图1),很容易被吸附在固体表面,特别是显示表面静电电压更高的背。乘火车可降解污染物酸自由基,显示弱酸性(19]。XPS检测的基础上,指出污染物在网吧主要是碳氢化合物,和一些将坚持载玻片油脂的形式(20.]。的NaHCO₃在代理# 2中,作为一个强大的可溶性基础和弱酸盐,水解碱性( )。酸碱中和反应和NaHCO的碱性环境₃解决方案使附加小油脂进行皂化反应和水解21),实现更好的净化效果和降低表面粗糙度。

通过本研究,暴露载玻片的表面形貌是由AFM研究,并指出可以体验不同阶段污染物吸附现象。然而,污染物沉积变化的详细机制从最初的聚合到interpillar沉积仍然需要进一步调查。此外,考虑AFM已被用于力谱测量和动态力测量(22,23)生物药理学和金属材料的相互作用强度,并进一步研究也开始从粘附行为的角度。调查空气污染物之间的粘附力和力之间的空气污染物和清洁表面找到更多信息解释空气污染。

4所示。结论

本文从网吧的污染,开始关注污染玻片的表面形态的变化与曝光时间。与x射线光电子能谱、化学元素成分和元素状态的污染物进行了进一步的分析。此外,玻璃表面的清洁了reobtain干净的表面。获得的主要结论如下。(1)随着曝光时间的增加玻璃板的空气,空气污染物的沉积过程长期载玻片表面的方法过渡过程不连续沉积均匀覆盖,这也直接导致了总体趋势的均方根粗糙度值先上升,然后下降(2)载玻片的表面放置很长一段时间后只有污染物的积累在物理层面,也没有新一代的化合物在化学层面上。污染物主要是碳氢化合物,在污染物和C = O或切断债券并不从XPS检测观察(3)使用不同的清洗剂清洗测试表明NaHCO₃包含解决方案可以最有效的皂化反应和水解除去吸附污染物

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者想表达诚挚的感谢中国国家自然科学基金委的支持(51875487)。