1. 研究目的与意义（文献综述）

碳黑是由化石燃料燃烧不完全燃烧产生的固体小颗粒，直径一般在0.01~0.1um,是空气中可吸入颗粒物PM2.5 的主要组成部分。碳黑具有很强的吸附性，会吸附重金属等致癌物质，且由于它直径微小可以入肺，会导致各种人体呼吸系统疾病。同时它会通过以下方式危害环境: (1) 碳黑是导致温室效应的第二大因素。碳黑在其所有波长上吸收太阳可见光，它携带热量的能力是二氧化碳的一百万倍，并以红外辐射的方式把热量传递给大气，造成大气温度上升;(2) 碳黑会抑制对流层中臭氧形成，主要通过吸收散射紫外线和辐射阳光来影响臭氧形成的化学反应动力学，从而抑制臭氧形成; (3) 碳黑会干扰局部地水文循环。(4)碳黑会降低能见度，碳黑颗粒物对光的吸收系数远大于其他颗粒物，通过光的吸收和散射减弱了光信号，降低了能见度; (5)碳黑在空气中的悬浮时间较长，大约为一个月，当其降落到冰川表面时，表面的漫反射特性会使冰川加速溶解。因此，测量火焰中碳黑浓度、研究其碳黑生成规律具有重要意义。

综上所述，碳黑生成及排放是燃烧学的基本课题，它广泛存在于各种燃烧过程中，既降低燃烧效率，影响火焰辐射传热，同时还对环境和人类健康造成了极大危害。了解其碳黑生成状况及规律是发展该技术的重要组成部分。然而要明确了解碳黑生成特征，需用碳黑检测手段获得该条件下碳黑的各种有效信息。

2. 研究的基本内容与方案

碳黑主要是由气态或者液态的碳氢化合物在氧化剂不足的条件下发生不完全燃
烧或热裂解后产生出来的一种无定形碳。碳黑生成是一个非常复杂的过程，涉及很多物理变化和化学反应。目前虽然对许多重要细节还不明确，但就生成过程的一般性特征还是达成了一致。图1-1总结了碳黑颗粒从环烃到颗粒团聚体的形成过程，它包括以下几个步骤:

(1)颗粒前驱物的生成: 颗粒前驱物就是分子质量为500-1000 的多环芳香烃
(pahs)，它的生成包括三个阶段: 燃料中碳氢化合物的热解、热解产物生成小分子芳烃、小分子芳烃生长成为含有很多环的化合物。从小分子生长成为分子质量很大的pah,该过程涉及到c2、c3和其它小分子与pah 基的聚合反应以及生长中的多种芳烃之间的反应，例如pah-pah 基之间的重新组合或者聚合反应。燃料类型决定了不同的生长反应。如果是芳香烃燃料，例如苯，燃料热解时会生成大量乙炔及其它一些能生成pah 的反应物。如果是脂肪族燃料，例如乙炔、乙烯或者甲烷，燃料热解后先通过一系列基元反应生成一个苯环。pahs的生成是碳黑生成速率的关键步骤，强烈影响碳黑生成浓度。

(2) 碳黑颗粒成核(初生)过程:分子质量较大的pah向初生的碳黑颗粒转变的
过程。碳黑颗粒成核机理尚不明确，存在依靠c3h3 等离子成核及通过不荷电的自由基分子成核两种说法。该阶段的研究困难在于难以进行实验分析，一方面由于分子质量过小无法使用气相色谱分析法来分析生长过程各个阶段的生成物成分，另一方面由于颗粒直径小于1.5nm,也不能用高分辨率的电子透射显微镜来观察初生碳黑颗粒的形貌及结构特征。
(3)碳黑颗粒的质量生长:碳黑成核以后颗粒表面与乙炔、pah和其他pah
基团等气相物质发生反应使其质量增大。表面反应的化学机理一般遵循haca机理，即火焰中的乙炔基以及其它含氢的自由基会不断与环烃发生脱氢加碳的反应。表面生长速率与碳黑颗粒表面上活性中心数目相关。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，完成开题报告。

第4-6周：确定研究方法，完成外文文献翻译，交指导老师审阅。

第7周：修改开题报告、毕业论文大纲、英文翻译，并定稿上交指导老师处。

4. 参考文献（12篇以上）

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