Internally Mixed Multicomponent Combustion Aerosols: Thermochemistry and Structure/Reactivity Characterization

• Applicant: Professor Dr. Reinhard Nießner
• Subject Area: Technical Chemistry
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 157011068

Durch Verbrennung erzeugte Aerosolpartikel sind gefährliche Umweltschadstoffe, die einen Großteil der Feinstaubbelastung in städtischen Gebieten ausmachen. Eine grundsätzliche Voraussetzung Ansatz zur Bewertung der Auswirkungen von Abgasen des Transportwesens auf die Umwelt, besonders zur Festlegung von Grenzwerten, ist es die spezifischen Eigenschaften der Partikelemissionen verschiedener Fahrzeuge und Kraftstoffe zu kennen. Der erste Schritt hierzu ist die Entwicklung einer modernen Methode zur Charakterisierung von Zusammensetzung, Struktur und Reaktivität von Ruß.Die am weitesten verbreiteten Techniken zum Monitoring von schwarzem Kohlenstoff (BC) basieren heutzutage auf thermischen, optischen und photoakustischen Methoden. Messungen des totalen Kohlenstoffanteils (TC) zeigen hier üblicherweise gute Übereinstimmung. Im Gegensatz dazu liefern die Bestimmungen von elementarem Kohlenstoff (EC) Abweichungen von mehr als einer Größenordnung, weil diese Techniken unter verschiedensten Messbedingungen arbeiten. Ein weiterer Grund hierfür ist die komplexe Natur von Verbrennungspartikeln. Es lässt sich die Auffassung vertreten, dass in Multikomponenten-Aerosolen Verunreinigungen durch Metalle, verursacht durch Kraftstoffadditive, Ölverunreinigungen oder Korrosion bei Diesel- und Gasmotoren, den Oxidationsprozess der Rußpartikel katalysieren können, was wiederum zu signifikanten Veränderungen in deren physikalischen, thermochemischen und optischen Eigenschaften führt.Wir planen detaillierte Untersuchungen der Zusammensetzung, Struktur und Reaktivität (Oxidationsverhaltens) von intern gemischten Multikomponenten- Aerosole. Das Augenmerk liegt dabei auf der Bestimmung von Struktur und Reaktivität der Multikomponenten-Aerosole mittels Raman-Mikrospektroskopie (RM). Temperaturprogrammierte Oxidation (TPO) und FTIR-Gasanalyse werden für die detaillierte Untersuchung des Oxidationsverhaltens, einschließlich deren Kinetik (Reaktionsraten) und Mechanismen (Reaktionsprodukte), verwendet. Der Einfluss der elementaren Zusammensetzung, Oberflächenchemie, Nanostruktur, dem Anteil leichtflüchtiger organischer Verbindungen und dem Anteil (an)organischer Verbindungen und Metallverbindungen auf das Oxidationsverhalten wird dabei untersucht werden.Wir werden Vergleiche und Bewertungen zu den thermischen, optischen und photoakustischen Methoden für die BC-Bestimmung und die Analyse des elementaren/organischen Kohlenstoffs (EC/OC) durchführen, welche es uns ermöglichen werden, die Anwendbarkeit von verschiedenen Methoden für die Analyse von Verbrennungsaerosolen zu bewerten.Dieser neue Ansatz wird zur Untersuchung von unterschiedlichen Rußaerosolen aus verschiedenen Quellen mit unterschiedlicher elementarer Zusammensetzung verwendet werden, inklusive einer umfassenden Studie zu Flugzeugruß und Schiffsdieselruß, welcher bei der Verbrennung von Schweröl entsteht. Dies wird die Weite der Anwendbarkeit von heute verwendeten thermo-optischen Methoden aufzeigen. Andererseits werden grundlegende Erkenntnisse darüber erwartet, inwiefern Multikomponenten-Verbrennungsaerosole veränderbar sind, um so den Ausstoß an Rußabgasen zu vermindern.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Russia
• Participating Persons: Dr. Natalia Ivleva; Professorin Dr. Olga B. Popovicheva