Ui-achtige nanodeeltjes gevonden in vliegtuiguitlaat

Een onderzoeksteam van het National Institute for Environmental Studies (Japan), de Zurich University of Applied Sciences (Zwitserland), Tokyo Metropolitan University (Japan) en andere instellingen voerden emissietests uit op vliegtuigmotoren en onderzocht de vormen en interne structuren van de uitlaatdeeltjes met de microscopie met hoge resolutie.

Het onderzoeksteam identificeerde nieuwe ui-achtige (meervoudige concentrische sferische kristal gelaagde) deeltjes en amorfe (niet-kristallijne) deeltjes, naast het bekende roet in de uitlaatgassen van de vliegtuigmotor. De uitlaatdeeltjes waren typisch erg klein (ongeveer 10-20 nm in diameter) en enkele sferische deeltjes.

Hoewel de gedetailleerde fysicochemische eigenschappen van de ui-achtige deeltjes momenteel onbekend zijn, kunnen hun gedrag in de atmosfeer en in het lichaam verschillen van andere deeltjes. Daarom is verder onderzoek vereist om hun potentiële effecten op het klimaat en de gezondheid te beoordelen.

Het onderzoekspaper was gepubliceerd in ACS ES & T -lucht.

Vliegtuigen stoten nanodeeltjes (<50 nm in diameter) uit in de atmosfeer, van de grond tot de bovenste troposfeer. Studies in Europa, de VS en Japan hebben hoge concentraties van deeltjes in en rond luchthavens gemeld en er is wereldwijde bezorgdheid over de effecten op de menselijke gezondheid.

De atmosferische verwarmingseffecten veroorzaakt door contrails die worden gegenereerd uit uitlaatdeeltjes van vliegtuigen zijn ook bekend en er wordt onderzoek uitgevoerd om hun potentiële effecten op het klimaat te beoordelen.

Deeltjesemissies van turbofan-straalmotoren, die vaak worden gebruikt in burgerluchtvaart, worden over het algemeen gedomineerd door vluchtige deeltjes (sulfaat of organische stoffen) in plaats van niet-vluchtige deeltjes (meestal roet). De emissie- en vormingsmechanismen van de vluchtige deeltjes worden echter niet goed begrepen.

Het onderzoeksteam onderzocht de fysicochemische eigenschappen van uitlaatnanodeeltjes van vliegtuigen (vluchtig en niet-vluchtig) om informatie te verkrijgen over de emissie- en vormingsmechanismen van vluchtige deeltjes.

De onderzoekers gemeten de morfologie en interne (microfysische) structuur van uitlaatdeeltjes bij de motoruitgang en 15 m stroomafwaarts van commerciële turbofan -straalmotoren op een testfaciliteit op de luchthaven van Zürich, Zwitserland. De morfologie en interne structuur van de deeltjes werden waargenomen door transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie (HRTEM) met behulp van bulkdeeltjesmonsters verzameld op dunne films.

Vier soorten uitlaatdeeltjes van vliegtuigmotoren met verschillende interne structuren werden waargenomen. Type (a) vertegenwoordigde turbostratische deeltjes met verstrooide grafeenachtige structuren en werden als typisch beschouwd voor roet (niet-vluchtige deeltjes).

Type (b) bestond uit ui-achtige deeltjes met gedeeltelijke grafietachtige structuren, die goed geordende grafeenachtige bolvormige meerlagige lagen zijn. Type (C) deeltjes waren amorf (niet-kristallijn) en type (d) waren sporen amorfe deeltjes (beelden zijn dun en niet-kristallijn).

Vóór deze studie werden ui-achtige deeltjes niet geïdentificeerd in de verbrandingsuitlaat of atmosfeer. Hoewel grafiet roet met de turbostratische structuur uitgezonden uit vliegtuigen al vele jaren bestudeerd, werden drie andere soorten deeltjes voor het eerst in deze studie geïdentificeerd.

De fractie van turbostratische (roet) deeltjes was hoog bij de motoruitgang en lager dan 1% bij 15 m stroomafwaarts. Vijftien meter stroomafwaarts werd de resterende fractie gedomineerd door ui-achtige, amorfe en sporen amorfe deeltjes. Deze drie soorten deeltjes waren meestal single (niet-geagglomereerde, sferische deeltjes met diameters van 10-20 nm.

Verdere analyse suggereerde dat deze drie soorten deeltjes vluchtige deeltjes zijn die worden gevormd via nucleatie en condensatie stroomafwaarts van de motor en voornamelijk bestaan ​​uit organische verbindingen die afkomstig zijn van de smeerolie.

Deze unieke interne structuren kunnen de fysicochemische eigenschappen van de deeltjes beïnvloeden, waaronder volatiliteit, oppervlakte -reactiviteit en oplosbaarheid, en mogelijk de interactie van de deeltjes met het menselijke luchtwegen beïnvloeden.

Uit het onderzoeksteam bleek dat vliegtuigen naast roetdeeltjes ui-achtige, amorfe en sporen amorfe deeltjes uitzenden. Er zijn echter veel vragen over de fysicochemische kenmerken, oorsprong en vormingsmechanisme van ui-achtige deeltjes, en of ze vergelijkbaar zijn met roet- of vluchtige organische deeltjes, zoals oliemevel.

De uiachtige deeltjes kunnen verschillende dynamiek hebben in de atmosfeer en in het lichaam vergeleken met andere deeltjes; Daarom is verder onderzoek nodig om hun klimaat- en gezondheidsimplicaties te begrijpen.

Op het gebied van nanomaterialen worden ui-achtige deeltjes gesynthetiseerd door onder andere hoge energie toe te passen op roet. Het formatiemechanisme van ui-achtige deeltjes uit vliegtuigmotoren is wetenschappelijk interessant en heeft potentiële implicaties in materialen en andere velden.