Le nanoparticelle di carbonio generate durante la combustione hanno dimensioni che vanno da 1,5 nm a 4 nm. Oltre ad agire come precursori di fuliggine, questi sistemi possono essere emessi direttamente nell’ambiente dai motori a combustione. Le modalità di generazione di queste specie, con transizione dalla fase gassosa alla natura solida, è in parte oscura e merita un lavoro ulteriore. Il problema della nascita di particelle può essere studiato su scale diverse e con metodi diversi. La crescita iniziale è considerata aver luogo o per reazione di addizione radicalica oppure per coagulazione/condensazione, coinvolgendo specie del tipo IPA di dimensioni di circa 2,4 nm. Lo studio teorico quantomeccanico, è mirato a valutare l’importanza di questi due processi in funzione della temperatura. I modelli studiati comprendono IPA fino a 96 atomi di C, attaccati da radicali tipo-IPA (R.) di vario tipo: o generati per attacco di H. sul sistema PI di un IPA (R) a guscio chiuso, oppure considerando in partenza R. con catene viniliche generate da attacco dell' R. originario su etino. Un tale attacco porterebbe ad unire R. a P con ponti alifatici. La presenza di una catena alifatica sposta l’equilibrio verso la reticolazione, a tutte le temperature. In assenza di catene alifatiche gli IPA possono dar luogo alla formazione di cristalliti, nelle zone meno calde della fiamma. Un altro aspetto che verrà illustrato è la tendenza di una specie tipo IPA a restare adsorbita a varie temperature su di un modello di scaglia di fuliggine. La coagulazione (formazione di cristalliti) è favorita all’aumentare della dimensione dell’IPA e al diminuire della temperatura. Questo aspetto ha un’influenza sul meccanismo di nucleazione, che può vedere, a seguito di collisione in fase gas di R. e P, l’adsorbimento di una specie sull’altra o la loro unione attraverso legame chimico (coagulazione o condensazione, a seconda di come è inteso il modello). In conclusione, sembra ragionevole l’ipotesi sperimentale che vede la particella di fuliggine come un nucleo di C amorfo circondato da uno strato di cristalliti.
Studio teorico di meccanismi di nucleazione di particolato carbonioso
MARANZANA, Andrea;TONACHINI, Glauco
2010-01-01
Abstract
Le nanoparticelle di carbonio generate durante la combustione hanno dimensioni che vanno da 1,5 nm a 4 nm. Oltre ad agire come precursori di fuliggine, questi sistemi possono essere emessi direttamente nell’ambiente dai motori a combustione. Le modalità di generazione di queste specie, con transizione dalla fase gassosa alla natura solida, è in parte oscura e merita un lavoro ulteriore. Il problema della nascita di particelle può essere studiato su scale diverse e con metodi diversi. La crescita iniziale è considerata aver luogo o per reazione di addizione radicalica oppure per coagulazione/condensazione, coinvolgendo specie del tipo IPA di dimensioni di circa 2,4 nm. Lo studio teorico quantomeccanico, è mirato a valutare l’importanza di questi due processi in funzione della temperatura. I modelli studiati comprendono IPA fino a 96 atomi di C, attaccati da radicali tipo-IPA (R.) di vario tipo: o generati per attacco di H. sul sistema PI di un IPA (R) a guscio chiuso, oppure considerando in partenza R. con catene viniliche generate da attacco dell' R. originario su etino. Un tale attacco porterebbe ad unire R. a P con ponti alifatici. La presenza di una catena alifatica sposta l’equilibrio verso la reticolazione, a tutte le temperature. In assenza di catene alifatiche gli IPA possono dar luogo alla formazione di cristalliti, nelle zone meno calde della fiamma. Un altro aspetto che verrà illustrato è la tendenza di una specie tipo IPA a restare adsorbita a varie temperature su di un modello di scaglia di fuliggine. La coagulazione (formazione di cristalliti) è favorita all’aumentare della dimensione dell’IPA e al diminuire della temperatura. Questo aspetto ha un’influenza sul meccanismo di nucleazione, che può vedere, a seguito di collisione in fase gas di R. e P, l’adsorbimento di una specie sull’altra o la loro unione attraverso legame chimico (coagulazione o condensazione, a seconda di come è inteso il modello). In conclusione, sembra ragionevole l’ipotesi sperimentale che vede la particella di fuliggine come un nucleo di C amorfo circondato da uno strato di cristalliti.
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