CN109655321A - 微塑料的浮选富集装置及其筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微塑料的浮选富集装置及其筛选方法，基本原理是基于生物表面活性剂可改变气泡在亲疏水性材料上黏附特性的差异，以及高密度的浮选溶液可改善对高密度微塑料分离效果。发明的装置包括浮选液储液器、分离管、曝气装置以及抽滤装置，利用曝气***产生上升气体强化体系的搅动，小气泡包覆微塑料快速分离，静置后由浮选液***推动浮选液从上口溢出，提高了微塑料分离性能。本发明微塑料浮选分离装置操作简单易行，微塑料颗碎片回收率高，浮选液可循环利用，实用性强且成本低，可广泛应用于环境微塑料的富集筛选。

Description

微塑料的浮选富集装置及其筛选方法

技术领域

本发明涉及微污染物环境检测技术领域，更具体地说涉及一种微塑料的浮选富集装置及其筛选方法。

背景技术

微塑料(<5mm)作为一种新型的污染物，由于其颗粒小、数量多、分布广且易于被水生生物摄食，在水环境中可释放出有毒有害物质，比如双酚A、邻苯二甲酸酯类等，微塑料因比表面积大，易吸附有毒有害物质，比如多氯联苯、多环芳烃等持久性有机污染物，微塑料和这些污染物聚集形成有机污染球体，可通过食物链最终危害人类健康。

对环境中的微塑料进行测定，首先要进行样品的富集和筛选。结合文献调研和实际研究情况可以发现，当前在水环境微塑料监测中仍存在以下问题：一是采样、分选方法缺乏规范与标准，随意性较大。二是浮选、分离及测量方法效率低下，无法满足大范围、大样本量的调查与常规监测，需要加强高效、便捷、廉价、安全的技术方法研发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种再生水中微塑料的浮选富集设备及其筛选方法，采用本设备和方法能够在实验室中多批次进行，实现微塑料的高效富集。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

本发明的微塑料的浮选富集筛选装置,包括浮选液储液器以及分离管，所述的浮选液储液器以及分离管之间通过安装有流出阀的浸没式玻璃移液管连通，一台气动泵的出口与气管的进口相连，所述的气管的出口对准浮选液储液器内的混合溶液设置，在所述的浮选液储液器的顶壁上安装有空气释放阀，一台曝气泵的出口与一根安装有空气阀的曝气管相连，所述的曝气管***分离管并且分离管的曝气头安装在分离管内底部，一根排渣管的一端与分离管底部连通，在所述的排渣管上安装有排渣阀，在所述的分离管的上部侧壁上开有溢流口，所述的溢流口与球状捕集器的一端连通并且所述的球状捕集器的另一端与抽滤装置的漏斗相对设置。

本发明的微塑料的浮选富集筛选方法,包括以下步骤：

步骤一、在饱和NaI或ZnCl₂溶液加入作为生物表面活性剂用的鼠李糖脂，使得混合溶液中鼠李糖脂的浓度为0.03mmol·L^-1，然后对混合溶液过滤去除杂质，再将过滤后的混合溶液注入分离管至管体体积1/2处，在浮选液储液器中注入混合溶液至距离浮选液储液器顶面1/3处；

步骤二、用干净的金属刮刀将过0.5mm筛的塑料碎片转移到分离管中，然后先启动曝气泵、再打开空气阀，通过曝气管的曝气头产生的气泡在分离管底部吹扫混合溶液，搅动塑料碎片及塑料碎片中夹带的杂质，充分搅动后，先关闭空气阀，然后关闭曝气泵，待分离管中的混合溶液静置达到固液充分分离后，得到澄清的上清液；

步骤三、启动气动泵，对浮选液储液器内的混合溶液加压，通过浸没式玻璃移液管将溶液缓慢压入分离管中，分离管中上清液液面升高至分离管的溢出口处溢出，溢流中的杂质滞留在球状捕集器中，溢流液带走浮选出的塑料，并被收集在抽滤装置的漏斗中；当停止收集溢出的上清液时，先关闭安装在浸没式玻璃移液管上的流出阀，以防止溶液回流到浮选液储液器中，然后迅速打开安装在浮选液储液器顶壁上的空气释放阀，以平衡浮选液储液器的内部压力；

步骤四、对抽滤装置中收集的含有塑料碎片的盐水溶液进行真空过滤，然后将过滤后的浮选液转移到浮选液储液器中重复使用，再用蒸馏水冲洗抽滤装置上截留的塑料碎片几次，以去除盐类残留物，收集抽滤后的滤膜，将滤膜保留于玻璃皿中，置于显微镜下观察微塑料。

本发明的有益效果为：(1)浮选液由NaI与ZnCl₂溶液替换NaCl溶液，通常微塑料密度一般在0.8—1.4g·cm^-3，而沉积物密度通常为2.65g·cm^-3，饱和NaCl溶液，密度为1.2g·cm^-3，不能使高聚物全部脱离沉积物，在分离聚氯乙烯等高密度微塑料时会导致分析结果严重偏小。饱和NaI与ZnCl₂溶液的密度更大，分别为1.6—1.8g·cm^-3和1.5—1.7g·cm^-3，能提高对高密度塑料组分的提取效率，因此采用NaI或ZnCl₂溶液对样品进行浸泡分离。(2)在浮选过程中添加低剂量的生物表面活性剂——鼠李糖脂能够明显抑制气泡形变，降低气泡的末端速率并稳定其轨迹。鼠李糖脂会促进微气泡的产生，从而增加了气泡表面积，增大了气泡与塑料颗粒的接触机率，有利于改善浮选的流体动力学环境。(3)浮选分离装置基于密度分选原理提取微塑料颗粒，操作清洗简单易行，样品需求量少，微塑料颗粒回收率高，浮选液可循环利用，实用性强且成本低，可广泛应用于环境中微塑料的检测研究中。

附图说明

图1是本发明的微塑料的浮选富集装置示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明的基本原理是基于表面活性剂可改变气泡在亲疏水性材料上黏附特性的差异，高密度的浮选溶液可改善对高密度微塑料分离效果。

本发明的微塑料的浮选富集筛选装置,包括浮选液储液器4以及分离管7，所述的浮选液储液器4以及分离管7之间通过安装有流出阀11的浸没式玻璃移液管连通，一台气动泵2的出口与气管的进口相连，所述的气管的出口对准浮选液储液器4内的混合溶液设置，在所述的浮选液储液器4的顶壁上安装有空气释放阀3。一台曝气泵1的出口与一根安装有空气阀8的曝气管相连，所述的曝气管***分离管7并且分离管7的曝气头10安装在分离管7内底部。一根排渣管的一端与分离管7底部连通，供沙粒或致密杂质颗粒在实验结束后排出。在所述的排渣管上安装有排渣阀9。

在所述的分离管7的上部侧壁上开有溢流口5，所述的溢流口5与球状捕集器6的一端连通并且所述的球状捕集器6的另一端与抽滤装置12的漏斗相对设置。

优选的球状捕集器6与水平方向的夹角为15°-18°。这样可以使溢流液中残余的致密颗粒杂质在稳定的水流中再次沉淀滞留。

优选的曝气头位于分离管管底中心处。这样可以均匀曝气，增大了气泡与塑料颗粒的接触机率，改善浮选的流体动力学环境。

本发明微塑料的浮选富集筛选方法，包括以下步骤：

步骤一、在饱和NaI或ZnCl₂溶液加入作为生物表面活性剂用的鼠李糖脂，使得混合溶液中鼠李糖脂的浓度为0.03mmol·L^-1，然后对混合溶液过滤去除杂质，再将过滤后的混合溶液注入分离管7至管体体积1/2处，在浮选液储液器4中注入混合溶液至距离浮选液储液器4顶面1/3处。

步骤二、用干净的金属刮刀将过0.5mm筛的塑料碎片转移到分离管7中。然后先启动曝气泵1、再打开空气阀8，通过曝气管的曝气头10产生的气泡在分离管7底部吹扫混合溶液，搅动塑料碎片及塑料碎片中夹带的杂质。充分搅动后，先关闭空气阀8，然后关闭曝气泵1。待分离管7中的混合溶液静置达到固液充分分离后，得到澄清的上清液。

步骤三、启动气动泵2，对浮选液储液器4内的混合溶液加压，通过浸没式玻璃移液管将溶液缓慢压入分离管7中。分离管7中上清液液面升高至分离管7的溢出口处5溢出，溢流中的杂质滞留在球状捕集器6中，溢流液带走浮选出的塑料，并被收集在抽滤装置12的漏斗中。当停止收集溢出的上清液时，先关闭安装在浸没式玻璃移液管上的流出阀11，以防止溶液回流到浮选液储液器4中。然后迅速打开安装在浮选液储液器4顶壁上的空气释放阀3，以平衡浮选液储液器的内部压力。

步骤四、对抽滤装置12中收集的含有塑料碎片的盐水溶液进行真空过滤，然后将过滤后的浮选液转移到浮选液储液器4中重复使用。再用蒸馏水冲洗抽滤装置12上截留的塑料碎片几次，以去除盐类残留物。收集抽滤后的滤膜(孔径可以为0.45μm)，将滤膜保留于玻璃皿中，置于显微镜下观察微塑料。

优选的，若抽滤装置12抽滤后的滤膜上的塑料碎片粘附的有机质含量较高，则将滤膜及滤膜上的塑料碎片一起放入消解管，加入消解试剂在70℃下消解，直至消解液体变澄清。然后在消解管中加入超纯水，再将加入超纯水的消解液体注入抽滤装置12真空过滤，最后用蒸馏水冲洗抽滤装置上截留的塑料碎片，收集抽滤后的滤膜(孔径0.45μm)，保留于玻璃皿中，置于显微镜下观察塑料碎片。所述的消解试剂由质量百分比为30％的H₂O₂和质量百分比为65％的HNO₃组成，所述的H₂O₂和HNO₃的体积比为1:3。

本发明针对环境水样，通过优化微塑料浮选溶液，添加表面活性剂，改良微塑料密度分离过程，可高效准确的分析水中微塑料的积累状况，水样中微塑料的回收率可达到97％，回收的微塑料用于后续对微塑料形貌特征及其表面附着物质的研究。

实验证明，运用该装置，成功获取样品中的微塑料，验证了该分离方法的适用性。采用该装置及浮选分离方法，发现环境水样中均存在颗粒类(聚乙烯)、发泡类(聚苯乙烯)、纤维类(低密度聚乙烯)、碎片类(聚乙烯或聚丙烯)和薄膜类(聚丙烯)微塑料。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.微塑料的浮选富集筛选装置,其特征在于：包括浮选液储液器以及分离管，所述的浮选液储液器以及分离管之间通过安装有流出阀的浸没式玻璃移液管连通，一台气动泵的出口与气管的进口相连，所述的气管的出口对准浮选液储液器内的混合溶液设置，在所述的浮选液储液器的顶壁上安装有空气释放阀，一台曝气泵的出口与一根安装有空气阀的曝气管相连，所述的曝气管***分离管并且分离管的曝气头安装在分离管内底部，一根排渣管的一端与分离管底部连通，在所述的排渣管上安装有排渣阀，在所述的分离管的上部侧壁上开有溢流口，所述的溢流口与球状捕集器的一端连通并且所述的球状捕集器的另一端与抽滤装置的漏斗相对设置。

2.根据权利要求1所述的微塑料的浮选富集筛选装置,其特征在于：所述的球状捕集器与水平方向的夹角为15°-18°。

3.根据权利要求1或者2所述的微塑料的浮选富集筛选装置,其特征在于：所述的曝气头位于分离管管底中心处。

4.采用权利要求1-3之一装置的微塑料的浮选富集筛选方法,其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在饱和NaI或ZnCl₂溶液加入作为生物表面活性剂用的鼠李糖脂，使得混合溶液中鼠李糖脂的浓度为0.03mmol·L^-1，然后对混合溶液过滤去除杂质，再将过滤后的混合溶液注入分离管至管体体积1/2处，在浮选液储液器中注入混合溶液至距离浮选液储液器顶面1/3处；

步骤二、用干净的金属刮刀将过0.5mm筛的塑料碎片转移到分离管中，然后先启动曝气泵、再打开空气阀，通过曝气管的曝气头产生的气泡在分离管底部吹扫混合溶液，搅动塑料碎片及塑料碎片中夹带的杂质，充分搅动后，先关闭空气阀，然后关闭曝气泵，待分离管中的混合溶液静置达到固液充分分离后，得到澄清的上清液；

步骤三、启动气动泵，对浮选液储液器内的混合溶液加压，通过浸没式玻璃移液管将溶液缓慢压入分离管中，分离管中上清液液面升高至分离管的溢出口处溢出，溢流中的杂质滞留在球状捕集器中，溢流液带走浮选出的塑料，并被收集在抽滤装置的漏斗中；当停止收集溢出的上清液时，先关闭安装在浸没式玻璃移液管上的流出阀，以防止溶液回流到浮选液储液器中，然后迅速打开安装在浮选液储液器顶壁上的空气释放阀，以平衡浮选液储液器的内部压力；

步骤四、对抽滤装置中收集的含有塑料碎片的盐水溶液进行真空过滤，然后将过滤后的浮选液转移到浮选液储液器中重复使用，再用蒸馏水冲洗抽滤装置上截留的塑料碎片几次，以去除盐类残留物，收集抽滤后的滤膜，将滤膜保留于玻璃皿中，置于显微镜下观察微塑料。

5.根据权利要求4微塑料的浮选富集筛选方法,其特征在于：若抽滤装置抽滤后的滤膜上的塑料碎片粘附的有机质含量较高，则将滤膜及滤膜上的塑料碎片一起放入消解管，加入消解试剂在70℃下消解，直至消解液体变澄清，然后在消解管中加入超纯水，再将加入超纯水的消解液体注入抽滤装置真空过滤，最后用蒸馏水冲洗抽滤装置上截留的塑料碎片，收集抽滤后的滤膜，保留于玻璃皿中，置于显微镜下观察塑料碎片，所述的消解试剂由质量百分比为30％的H₂O₂和质量百分比为65％的HNO₃组成，所述的H₂O₂和HNO₃的体积比为1:3。