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Charakterisierung von CAST Ruß bezüglich seiner optischen und hygroskopischen Eigenschaften

Lorenz Witek

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Physik

Betreuer*in

Regina Hitzenberger

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DOI

10.25365/thesis.45291

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-25763.95592.287272-2

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

In dieser Arbeit werden Rußpartikel mit einem Combustion Aerosol STandard (CAST, Modell MiniCAST 5201c, Jing Ltd.) Generator, über einen weiten Bereich an Verbrennungseinstellungen erzeugt und anschließend charakterisiert. Als charakterisierender Parameter für die Verbrennungseinstellungen wird das C/O – Verhältnis während der Verbrennung verwendet. Die Ergebnisse zeigen bei den EC-OC (elementarer-organischer Kohlenstoff) und den BC-BrC (schwarzer-brauner Kohlenstoff) Analysen, mit einem EC-OC Analyser von Sunset Lab., bzw. einem Ulbrichtkugel - Photometer, sowie den, mit einem DMPS System, gemessenen Anzahl – Größenverteilungen, der erzeugten Verbrennungsaerosole eine deutliche Veränderung zwischen den C/O – Verhältnissen 0,301 und 0,353. Demnach wird bis zu einem C/O – Verhältnis von 0,301 stets „magerer“ Ruß mit einem hohen EC (50 % bis 95 %) bzw. BC (54 % bis 89 %) Anteil und großen (bis zu 262 nm) mittleren Durchmessern erzeugt. Ab einem C/O – Verhältnis von 0,353 wird „fetter“ Ruß mit hohem OC (> 89 %) und BrC (> 66 %) Anteil und deutlich kleineren (höchstens 147 nm) mittleren Durchmessern produziert. Nochmals deutlich kleinere mittlere Durchmesser (99 nm bzw. 67 nm) werden bei den, an den Randeinstellungen produzierten Partikeln (C/O = 0,230 und C/O > 0,602) beobachtet. Was die Zusammensetzung angeht verhält sich der Ruß der Randeinstellungen im Wesentlichen wie jener der anderen Einstellungen im jeweiligen „fetten“ bzw. „mageren“ Bereich. Der auf diese Weise produzierte Ruß wird außerdem verdünnt und mit einem Particle Into Liquid Sampler (PILS, Modell 4001, Brechtel Inc.) gesammelt. Ziel dieses Vorgehens ist es einerseits das Abscheideverhalten des PILS für frisch produzierten Ruß zu untersuchen, andererseits allgemeine Aussagen über die hygroskopischen Eigenschaften des frisch produzierten Rußes treffen zu können. Diese Ziele konnten für den BC Anteil erfüllt werden. Es zeigt sich, dass der PILS etwa 11 % des frisch produzierten BC in den flüssigen Proben sammelt. Weiters lässt sich ableiten, dass die frisch produzierten BC Partikel einen minimalen Kontaktwinkel zwischen 25° und 50°, gemäß der Fletcher Theorie, aufweisen und damit nicht als Wolkenkondensationskeime geeignet sind.

Abstract

(Englisch)

In this work a Combustion Aerosol STandard (CAST, model 5201c, Jing Ltd.) generator was used to produce soot particles over a wide range of combustion settings. Afterwards the EC-OC (elemental-organic carbon, measured with a Sunset Lab. ECOC Analyser) and BC-BrC (black-brown carbon, measured with an Inetgrating Sphere Photometer) fraction, as well as the size distributions (measured with a DMPS System) for the soot produced at every setting was investigated. As a parameter to characterise the combustion settings the C/O - ratio during combustion was used. All the used analysing methods showed a sudden change of properties between the soot produced at C/O – ratios 0,301 and 0,353. For C/O – ratios smaller or equal to 0,301 soot with high EC (50 % to 95 %) and BC (54 % to 89 %) fractions and large median diameters (up to 262 nm) was produced. For C/O – ratios higher or equal to 0,353 soot with high OC (> 89 %) and BrC (> 66 %) fractions and considerably smaller median diameters (up to 147 nm) was observed. Even smaller median diameters (99 nm and 67 nm respectively) were measured for soot produced at the boundary combustion settings (C/O = 0,230 and C/O > 0,601). According to composition the soot of the boundary conditions behaves essentially like the soot of the other settings in the corresponding C/O – range. The freshly produced soot aerosols for every setting also were diluted and sampled with a Particle Into Liquid Sampler (PILS, model 4001, Brechtel Inc.). This was done to investigate the sampling efficiency of the PILS and to make some general statements about the hygroscopic properties of freshly produced soot. This could be accomplished for the freshly produced BC fractions. The PILS was found to sample about 11 % of the freshly produced BC into liquid samples. It was further derived, that the freshly produced BC particles had a maximum contact angle, according to Fletcher theory, of 25° to 50° and therefore is not likely to act as cloud condensation nuclei.

Autor*innen

Lorenz Witek

Haupttitel (Deutsch)

Charakterisierung von CAST Ruß bezüglich seiner optischen und hygroskopischen Eigenschaften

Publikationsjahr

2017

Umfangsangabe

v, 101 : Diagramme

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Regina Hitzenberger

Klassifikation

33 Physik > 33.99 Physik: Sonstiges

AC Nummer

AC14474763

Utheses ID

40084

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

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