Elektrostatische Aufladung verschiedener Teststäube

Abstract

Zur Untersuchung der Abscheidemechanismen von Stauben aus stromenden Gasen im Labor werden meist dort erzeugte Modellstaube angewendet, deren Partikeln OR eine durch die Herstellung bedingte hohe elektrostatische Aufladung tragen. Diese ist von grof3em Einflug z. B. bei der Agglomeration, dem Wandansatz [ l ] und der Abscheidung [2,3] von Staubpartikeln. Megapparatur: Um die elektrostatische Aufladung gebrauchlicher Teststaube zu messen, wurde ein Beweglichkeitsanalysator nach [4, 51 gebaut. Es handelt sich urn einen laminar von ReinluR senkrecht durchstromten Plattenkondensator mit 2 cm Plattenabstand, 10 cm Breite und 100 cm Hohe. Dur& eine Schlitzdiise von 0,5 mm X 10 cm werden die Staubpartikeln am oberen Ende mittig zwischen den Platten aufgegeben. Liegt ein elektrisches Feld E zwischen den Platten, so wird eine Partikel mit der Ladung q im Abstand x von der Schlitzdiise auf einer der Platten abgeschieden. Dann gilt die Beziehung q = 3ny b 6 D p / ( x E ) , Abb. 1. Ladungshaufigkeitsverteilung eines 2-pm-Latex-Aerosols. der Ladung null. Die mittleren Ladungen der beiden Aste betragen ca. 30 eo . Dieser Kurvenverlauf widerspricht der Theorie nach Smoluchowski [6], die eine Normalverteilung mit dem Mittelwert der Ladung 4 = 0 voraussagt. Vollig andere Ladungsverteilungen wurden bei monodispersenK o c h s a 1 z -A e r o s o 1 e n gefunden. Dabei waren die Ladungen zwar mit guter Naherung normalverteilt mit einer Halbwertsbreite gleich dem halben Mittelwert der Ladung i, jedoch kamen nur negativ geladene Partikeln vor. Abb. 2 zeigt die mittlere Ladung 4 verschiedener monodisperser Kochsalz-Aerosole, die durch Verspriihen verschieden konzentrierter Kochsalz-Losungen (0,0002 bis 0,02 Gew.-O/o) hergestellt wurden, iiber dem Pa rtikel-Durchmesser D , aufgetragen. Es zeigt sich zunachst eine starke Zunahme von 4 rnit dem Partikeldurchmesser von 400 e; bis 1100 e,j, urn fur D, > 2,75 pm, d. h. fiir hohere Salzkonzentration wieder abzunehmen. Dieser Befund widerspricht ebenfallc der Theorie von Smolucbowski [6]. Diese gilt nur fur extrem geringe Ionenkonzentrationen isolierender Fliissigkeiten. Fur viele Experimente, bei denen die elektrostatische Aufladung von Aerosol-Partikeln stort, bieten sich die P a r a f f i n -A e r os o 1 e geradezu an. Sie sind zum uberwiegenden Anteil ungeladen. Abb. 3 zeigt die Ladungsverteilung von 5-p1-Paraffin-Partikeln. Es kommen nur ungeladene Partikeln (= 86 O / o ) und einfach positiv oder negativ geladene Partikeln (je 7 Oio) vor. Dies ist ein interessanter Befund, denn fur den Fall des elektrostatischen Abb. 2. Mittlere Ladung von NaC1-Aerosolen.-0.2 1 I Abb. 3 (rechts). Ladungshaufigkeitsverteilung 0 -x 9 , -* . , * , eines 5-pm-Paraffin-Aerosols. -1 01 wobei y die Zahigkeit der LuR, b der halbe Plattenabstand, V die mittlere Stromungsgeschwindigkeit im Kanal und D, der Durchmesser der Partikeln sind. Ungeladene Partikeln werden auf einem den Kanal abschliegenden Membranfilter abgeschieden. Dieses im Prinzip einfache Gerat zeichnet sich durch ein extrem hohes Auf-Iosungsvermogen a...