CN109835964A - 一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法，包括电源模块、驱动模块、反应模块和磁性发生及搅拌模块，驱动模块用于控制整体反应发生装置的运行，由电源模块提供的电力带动磁性发生及搅拌模板，太阳能面板、电机、进样阀门、出样阀门、数字传感水位计、控制面板和磁性发生器电连接并通过控制面板控制进样阀门、出样阀门与磁性发生器的启闭。本发明提供的磁性吸附剂反应发生装置及发生方法，用于配套磁性吸附剂使用，去除水环境中的污染物，整个装置构造清晰、制备易实现、装置产品能较大程度地充分混合发挥磁性吸附剂的吸附优势，并且产生磁性，便于进行分离洗脱，装置易于大量推广应用，具备潜在的经济和社会效益。

Description

一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法

技术领域

本发明属于吸附技术领域，具体涉及一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法。

背景技术

随着城市化和工业化的高速发展，人民生产力和生活水平大幅度提高的同时水生态环境也遭受到严重破坏，常见的水体污染物有重金属、有机污染物等，它们时刻威胁着人类健康和生态平衡。现阶段发展了众多多种水污染治理方法，其中利用吸附剂吸附去除是水污染治理的重要手段之一。吸附法具有处理效果好、处理成本低等优点，针对不同的污染物，国内外研发了多种前沿性的吸附材料，并表现出优异的吸附性。磁性吸附材料具备稳定优良的磁性，利用磁铁便可从投入的环境中吸出吸附剂，既利于吸附剂的回收再利用，节约了成本，又集中充分处理所需污染物，有效避免二次污染。赋予吸附材料磁性的方式多种多样，较常见方法的是将四氧化三铁进行有机基团改性或者将纳米磁性粒子（三氧化二铁纳米粒子、铁酸盐纳米粒子等）与合适载体（生物炭、石墨烯、碳纳米管等）复合。已报道过的典型磁性吸附剂有如磁性四氧化三铁粒子聚乙烯醇微球、铁酸镧改性生物炭、Fe3O4@二氧化硅、Fe2O3@石墨烯等等，以上磁性吸附剂均已展现杰出的污染去除能力和磁性回收能力。

吸附柱是吸附材料常见的使用手段，吸附柱保证了吸附剂与吸附质充分接触的时间，确保吸附材料的有效使用，并且易进行集中更换与二次再生。然而，吸附柱对进水水质和流速参数的要求高，进水中如若含有大量的固体悬浮颗粒，易造成堵塞，影响后续的处理效果和进度；对于磁性吸附剂来说，利用吸附柱法无法发挥其本身拥有的磁性。因此，在已发展大量优秀的磁性吸附剂的基础上，研制出配套的使用装置，如何最大限度能发挥其优势是需要思考的方向之一。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法，用于配套磁性吸附剂使用，去除水环境中的污染物，整个装置构造清晰、制备易实现、装置产品能较大程度地充分混合发挥磁性吸附剂的吸附优势，并且产生磁性，便于进行分离洗脱，装置易于大量推广应用，具备潜在的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种磁性吸附剂反应发生装置，包括电源模块、驱动模块、反应模块和磁性发生及搅拌模块；

所述电源模块：包括太阳能面板和太阳能能源转化器，通过太阳能面板接收太阳光线并通过太阳能能源转化器将光能转化成电能，用于提供装置所需电力；

所述驱动模块：包括电机、固定在电机中的驱动轴和控制面板，用于控制整体反应发生装置的运行，由电源模块提供的电力带动磁性发生及搅拌模板；

所述反应模块：是吸附作用发生的主要场所，起到待处理水和洗脱液的进出和隔绝作用，包括进样阀门、出样阀门和数字传感水位计，通过数字传感水位计实时监测反应模块箱体内的液面高度及变化情况；

所述磁性发生及搅拌模块：包括可伸缩长短的搅拌轴、磁性发生器和旋转叶片，搅拌轴与驱动轴相连接，搅拌轴内部为空心，电力线路穿插其中并连接至磁性发生器，搅拌叶片包裹住磁性发生器并焊接到搅拌轴上，电机启动时，驱动轴的转动带动搅拌轴和搅拌叶片的转动；

所述电源供电时，带动磁性发生及搅拌模块进行磁性吸附，太阳能面板、电机、进样阀门、出样阀门、数字传感水位计、控制面板和磁性发生器电连接并通过控制面板控制进样阀门、出样阀门与磁性发生器的启闭。

进一步的，所述太阳能面板设置于驱动模块箱体的正面，驱动模块箱体内部中空，可呈长方体或正方体结构，电机设有两组，分别固定在驱动模块箱体的对角线1/4和3/4处，驱动模块箱体外侧设置控制面板，控制面板上增设电源总开关、控制开关、转速调节和磁性调节旋钮，驱动轴处设有配套的密封环。

进一步的，所述数字传感水位计置于反应模块箱体外侧并与控制面板相连接，反应模块箱体呈中空的正方体结构，反应模块箱体共用驱动模块箱体的单侧面（即右侧面），在共用面左侧为驱动轴，共用面右侧为搅拌轴，搅拌轴、搅拌叶片和磁性发生器伸入反应模块箱体内部左侧，用于对内容物进行搅拌混合或磁性吸附，搅拌叶片与控制面板上的转速调节旋钮电连接，磁性发生器与控制面板上的磁性调节旋钮电连接。

进一步的，所述反应模块箱体底部两侧分别开有进样口和出样口，进样口和出样口处分别设有配套的进样阀门和出样阀门，进样阀门和出样阀门与控制面板电连接，通过控制面板上的控制开关控制进样阀门和出样阀门的启闭。

进一步的，所述进样阀门和出样阀门处均设有配套的密封圈，起到密封进、出样口的作用，进样阀门和出样阀门处的阀门门体均高于进、出样口，阀门门体可完全覆盖进、出样口。

进一步的，所述搅拌叶片为密封弧形的铁片，形状与磁性发生器相配合，能够完全裹住磁性发生器。

进一步的，包括以下步骤：

1)、向反应模块箱体内部投入适量的磁性吸附剂；

2)、启动控制面板上的电源总开关，电源模块为发生装置开始供电；

3)、通过控制面板的控制开关打开进样阀门，待处理水经由进样阀门进入反应模块箱体内，根据数字传感水位计显示的液面，实时关上进样阀门，电机启动工作，驱动轴的转动带动搅拌轴和搅拌叶片的转动；

4)、通过控制面板上的转速调节旋钮控制搅拌叶片的转速大小，通过搅拌叶片的转动混合磁性吸附剂和待处理水；

5)、反应充分后，调节磁性开关旋钮，磁性发生器产生磁性，吸引、分离磁性吸附剂；

6)、将搅拌叶片关闭，打开出样阀门，已完成吸附的处理水经由出样阀门输出；

7)、再次打开进样阀门，洗脱液经由进样阀门进入至反应模块箱体，根据数字传感水位计显示的液面，实时关上进样阀门，电机启动工作，驱动轴的转动带动搅拌轴和搅拌叶片的转动；

8)、通过转速调节旋钮控制搅拌叶片的转速大小，关上磁性开关旋钮，通过搅拌叶片的转动混合磁性吸附剂和洗脱液；

9)、洗脱成功后，调节磁性开关旋钮，控制磁性发生器产生磁性，吸引、分离磁性吸附剂；

10)、关闭转速开关旋钮，搅拌叶片关闭，打开出样阀门，已完成吸附的洗脱液经由出样阀门输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、本发明提供了一种磁性吸附剂反应发生装置及发生方法，发生装置通过太阳能提供的电能驱动搅拌装置和磁性发生器，解决了野外条件下电力供应的困难；

二、搅拌叶片旋转起来能充分混合吸附剂和待处理水体，扩大了吸附剂的接触面积，有效避免了堆积效应，极大地释放了吸附剂的吸附能力，加速了处理时间；

三、磁性发生器可产生磁性，待吸附作用完成后，磁性发生器产生磁性，牢固吸附磁性吸附剂，将磁性吸附剂和处理后的水快速分离，有效分离反应作用后吸附剂，实现高效快速分离，充分发挥了磁性吸附剂的优异性能；

四、已处理完成的水排空后，进洗脱液，磁性发生器不再产生磁性，再次启动搅拌模式，可以充分洗脱吸附剂，待下一次吸附备用，实现了原位高效洗脱；

五、能够控制待处理水样的进入量和输出量，通过分别控制电机，能够处理不同体积的待处理污水。另外，总体结构新颖，整体结构紧凑，占用空间较小，工作稳定，应用场地和时间均可以灵活，可以随地安装，适合用于野外或室内空间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的磁性发生器和搅拌叶片的结构图；

图3是本发明的使用流程图；

其中，1：驱动模块箱体；2：太阳能面板；3：电机；4：搅拌轴；5：搅拌叶片；6：进样阀门；7：出样阀门；8：反应模块箱体：9：数字传感水位计；10：控制面板；11：磁性发生器；12：驱动轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

图1-3所示，一种磁性吸附剂吸附发生装置，包括驱动模块箱体1、太阳能面板2、电机3、搅拌轴4、搅拌叶片5、进样阀门6、出样阀门7、反应模块箱体8、数字传感水位计9、控制面板10、磁性发生器11和驱动轴12。电机3固定在驱动模块箱体1的对角线1/4和3/4处，驱动轴12一端固定在电机3中，驱动轴12处设有配套的密封环，驱动轴12另一端连接可伸缩长短的搅拌轴4，搅拌轴4内部空心，电力线路穿插其中并连接至磁性发生器11，搅拌叶片5包裹住磁性发生器11，并焊接到搅拌轴4上，电机3启动时驱动轴12的转动带动搅拌轴4和搅拌叶片5的转动，反应模块箱体8共用驱动模块箱体1的单侧面，太阳能面板2、电机3、进样阀门6、出样阀门7、数字传感水位计9、控制面板10和磁性发生器11通过电力线路连通，控制面板10上设置电源总开关、控制开关、转速调节和磁性调节旋钮，启闭电源总开关能够直接控制发生装置的启闭。

数字传感水位计9置于反应模块箱体8外侧，用于实时监测反应模块箱体8内部液面变化，数字传感水位计9与控制面板10连接，进样阀门6、出样阀门7分别位于反应模块箱体8的底部两侧，分别用于覆盖反应模块箱体8的底部两侧开设的进样口和出样口，并设有配套的密封圈密封进、出样口，防止液体溢流，进样阀门6、出样阀门7的阀门门体高于进、出样口，进样阀门6、出样阀门7通过电力线路连接控制开关并受控制开关的控制。

图3是本发明提供的磁性吸附剂反应发生装置的使用流程图，采用本发明提供的磁性吸附剂吸附发生装置进行吸附和洗脱的发生方法，包括如下步骤：

(1) 向反应模块箱体8内部投入适量的磁性吸附剂；

(2)启动控制面板10上的电源总开关按钮；

(3)通过控制面板10上的控制开关打开反应模块箱体8底部的进样阀门6，待处理水进入反应模块箱体8内，根据数字传感水位计9实时关上进样阀门6，电机3启动工作，驱动轴12的转动带动搅拌轴4和搅拌叶片5的转动；

(4)通过调节控制面板10上的转速调节旋钮开关，控制搅拌叶片5的转速，混合磁性吸附剂和待处理水；

(5)反应充分后，调节控制面板10上的磁性调节旋钮开关，磁性发生器11产生磁性，吸引分离磁性吸附剂；

(6)关闭转速调节旋钮开关，通过控制面板10上的控制开关打开反应模块箱体8底部的出样阀门7，已完成吸附处理水输出；

(7)打开进样阀门6，洗脱液进入，根据数字传感水位计9实时关上进样阀门6，电机3启动工作，驱动轴12的转动带动搅拌轴4和搅拌叶片5的转动；

(8)通过调节转速开关控制搅拌叶片5的转速，关上磁性调节旋钮开关，混合磁性吸附剂和洗脱液；

(9)洗脱成功后，调节磁性调节旋钮开关，磁性发生器11产生磁性，吸引分离磁性吸附剂；

(10)关闭转速调节旋钮开关，打开出样阀门7，已完成处理洗脱液输出。

下面以碳纳米管聚乙烯醇磁性微球为例，采用本发明提供的磁性吸附剂吸附反应发生装置对铜离子污水进行吸附纯化，按照图2所示溶液吸附流程图进行操作，吸附完成后对吸附在碳纳米管聚乙烯醇磁性微球上的铜离子进行洗脱，相对应采用的洗脱液为酸液。碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法参见授权号：ZL201610133860.1的专利。

由以铜离子污水为例可知，采用本装置对不同的污水进行吸附纯化，作用时间及洗脱液能够根据所要吸附物质和磁性吸附材料的物理化学性质进行选择。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，包括电源模块、驱动模块、反应模块和磁性发生及搅拌模块；

所述电源模块：包括太阳能面板（2）和太阳能能源转化器，通过太阳能面板（2）接收太阳光线并通过太阳能能源转化器将光能转化成电能，用于提供装置所需电力；

所述驱动模块：包括电机（3）、固定在电机（3）中的驱动轴（12）和控制面板（10），用于控制整体反应发生装置的运行；

所述反应模块：是吸附作用发生的主要场所，起到待处理水和洗脱液的进出和隔绝作用，包括进样阀门（6）、出样阀门（7）和数字传感水位计（9）；

所述磁性发生及搅拌模块：包括可伸缩长短的搅拌轴（4）、磁性发生器（11）和旋转叶片（5），搅拌轴（4）与驱动轴（12）相连接，搅拌轴（4）内部为空心，电力线路穿插其中并连接至磁性发生器（11），搅拌叶片（5）包裹住磁性发生器（11）并焊接到搅拌轴（4）上，电机（3）启动时，驱动轴（12）的转动带动搅拌轴（4）和搅拌叶片（5）的转动；

所述电源模块供电时，带动磁性发生及搅拌模板进行磁性吸附，太阳能面板（2）、电机（3）、进样阀门（6）、出样阀门（7）、数字传感水位计（9）、控制面板（10）和磁性发生器（11）电连接并通过控制面板（10）控制进样阀门（6）、出样阀门（7）与磁性发生器（11）的启闭。

2.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，所述太阳能面板（2）设置于驱动模块箱体（1）的正面，驱动模块箱体（1）内部中空，电机（3）设有两组，分别固定在驱动模块箱体（1）的对角线1/4和3/4处，驱动模块箱体（1）外侧设置控制面板（10），控制面板（10）上增设电源总开关、控制开关、转速调节和磁性调节旋钮，驱动轴（12）处设有配套的密封环。

3.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，所述数字传感水位计（9）置于反应模块箱体（8）外侧并与控制面板（10）相连接，反应模块箱体（8）共用驱动模块箱体（1）的单侧面，反应模块箱体（8）呈中空的正方体结构，搅拌轴（4）、搅拌叶片（5）和磁性发生器（11）置于反应模块箱体（8）内部，用于对内容物进行搅拌混合或磁性吸附，搅拌叶片（5）与控制面板（10）上的转速调节旋钮电连接，磁性发生器（11）与控制面板（10）上的磁性调节旋钮电连接。

4.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，所述反应模块箱体（8）底部两侧分别开有进样口和出样口，进样口和出样口处分别设有配套的进样阀门（6）和出样阀门（7），进样阀门（6）和出样阀门（7）与控制面板（10）电联，通过控制面板（10）上的控制开关控制进样阀门（6）和出样阀门（7）的启闭。

5.根据权利要求4所述的一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，所述进样阀门（6）和出样阀门（7）处均设有配套的密封圈，进样阀门（6）和出样阀门（7）处的阀门门体均高于进、出样口。

6.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂反应发生装置，其特征在于，所述搅拌叶片（5）为密封弧形的铁片，形状与磁性发生器（11）相配合。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种磁性吸附剂反应发生装置的发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、向反应模块箱体（8）内部投入适量的磁性吸附剂；

2)、启动控制面板（10）上的电源总开关，电源模块为发生装置开始供电；

3)、通过控制面板（10）的控制开关打开进样阀门（6），待处理水经由进样阀门（6）进入反应模块箱体（8）内，根据数字传感水位计（9）显示的液面，实时关上进样阀门（6），电机（3）启动工作，驱动轴（12）的转动带动搅拌轴（4）和搅拌叶片（5）的转动；

4)、通过控制面板（10）上的转速调节旋钮控制搅拌叶片（5）的转速大小，通过搅拌叶片（5）的转动混合磁性吸附剂和待处理水；

5)、反应充分后，调节磁性开关旋钮，磁性发生器（11）产生磁性，吸引、分离磁性吸附剂；

6)、将搅拌叶片（5）关闭，打开出样阀门（7），已完成吸附的处理水经由出样阀门（7）输出；

7)、再次打开进样阀门（6），洗脱液经由进样阀门（6）进入至反应模块箱体（8），根据数字传感水位计（9）显示的液面，实时关上进样阀门（6），电机（3）启动工作，驱动轴（12）的转动带动搅拌轴（4）和搅拌叶片（5）的转动；

8)、通过转速调节旋钮控制搅拌叶片（5）的转速大小，关上磁性开关旋钮，通过搅拌叶片（5）的转动混合磁性吸附剂和洗脱液；

9)、洗脱成功后，调节磁性开关旋钮，控制磁性发生器（11）产生磁性，吸引、分离磁性吸附剂；

10)、关闭转速开关旋钮，搅拌叶片（5）关闭，打开出样阀门（7），已完成吸附的洗脱液经由出样阀门（7）输出。