Abstract

To realize the environmental impacts of mineral dust from different sources, it is necessary to develop aerosol generation systems that can mimic the processes of aerosolization of sediments into dusts under controlled laboratory settings. Current laboratory dust generation systems would benefit from a critical evaluation of the mechanisms by which they generate dust beyond mere resuspension to include natural eolian processes such as saltation/sandblasting. Without realistically generated aerosols, laboratory-measured dust properties may not capture properties relevant to the natural environment. We describe the development of a benchtop system, the Constant Output Dust Generator (CODG), whose design takes into account the dominant natural physical processes of wind erosion and mineral dust production. The CODG’s major components include a wrist-action shaker, custom-built flask, dilution drum, cyclone, and neutralizer. A carrier gas provides flow through the system resulting in dust entrainment. We achieved constant output, typically <10% variation in aerosol surface area concentration, for both a commercial standard as well as environmental samples (saline crusts and loose sediments). We find that the composition of aerosols generated from the CODG is consistent with the composition of the parent source material. We further show that our system is suitable for determination of reaction rates on suspended dust aerosols. At similar mechanical energy inputs, it generates sufficient material (particle surface area concentrations between 10⁻⁵ − 10⁻³ cm² cm⁻³) for many applications from both loose sandy sediment and cohesive evaporite crusts. The CODG represents a system potentially applicable for numerous applications of dust aerosol research.

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摘要

为了了解来自不同来源的矿物粉尘对环境的影响，有必要开发一种可在受控实验室设置下模拟沉积物雾化成粉尘的气溶胶生成系统。当前的实验室粉尘生成系统将受益于对其机理的严格评估，这些机理不仅可以将粉尘重新悬浮，还可以将粉尘自然风化过程（例如盐化/喷沙）包括在内。如果没有现实产生的气溶胶，实验室测量的粉尘特性可能无法捕获与自然环境相关的特性。我们描述了台式系统的开发，即恒定输出粉尘发生器（CODG），其设计考虑了风蚀和矿物粉尘产生的主要自然物理过程。CODG的主要组件包括腕式振动器，定制烧瓶，稀释鼓，旋风分离器和中和器。载气提供通过系统的流量，导致夹带灰尘。对于商业标准品和环境样品（盐结皮和疏松的沉积物），我们都获得了恒定的输出，通常气溶胶表面积浓度的变化通常小于10％。我们发现，从CODG产生的气溶胶的组成与母源材料的组成一致。我们进一步表明，我们的系统适用于测定悬浮粉尘气溶胶的反应速率。在相似的机械能输入下，它会产生足够的材料（粒子表面积浓度在10 载气提供通过系统的流量，导致夹带灰尘。对于商业标准品和环境样品（盐结皮和疏松的沉积物），我们都获得了恒定的输出，通常气溶胶表面积浓度的变化通常小于10％。我们发现，从CODG产生的气溶胶的组成与母源材料的组成一致。我们进一步表明，我们的系统适用于测定悬浮粉尘气溶胶的反应速率。在相似的机械能输入下，它会产生足够的材料（粒子表面积浓度在10 载气提供通过系统的流量，导致夹带灰尘。对于商业标准品和环境样品（盐结皮和疏松的沉积物），我们都实现了恒定的输出，通常气溶胶表面积浓度的变化通常小于10％。我们发现，从CODG产生的气溶胶的组成与母源材料的组成一致。我们进一步表明，我们的系统适用于测定悬浮粉尘气溶胶的反应速率。在相似的机械能输入下，它会产生足够的材料（粒子表面积浓度在10 适用于商业标准以及环境样品（盐结皮和疏松的沉积物）。我们发现，从CODG产生的气溶胶的组成与母源材料的组成一致。我们进一步表明，我们的系统适用于测定悬浮粉尘气溶胶的反应速率。在相似的机械能输入下，它会产生足够的材料（粒子表面积浓度在10 适用于商业标准以及环境样品（盐结皮和疏松的沉积物）。我们发现，从CODG产生的气溶胶的组成与母源材料的组成一致。我们进一步表明，我们的系统适用于测定悬浮粉尘气溶胶的反应速率。在相似的机械能输入下，它会产生足够的材料（粒子表面积浓度在10^-5 - 10 ^-3厘米²厘米^-3），用于从两个疏松的砂质沉积物和凝聚力蒸发岩结壳的许多应用。CODG代表了一种可能适用于粉尘气溶胶研究的众多应用的系统。

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