CN108202428A - 一种基于静电技术的微塑料提取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于静电技术的微塑料提取装置，其包括机箱，以及设置在所述机箱内的进料器、高压复合电极、辊筒电极和料斗；所述进料器一端与所述机箱的箱壁连接，所述进料器另一端位于所述辊筒电极上方；位于所述辊筒电极的右侧斜上方设置有所述高压复合电极，所述高压复合电极与所述辊筒电极之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子；所述料斗位于所述辊筒电极下方。本发明利用电晕静电技术对泥沙中的微塑料进行有效分离和提取，大大减少了人工提取分离的工作量，提高了分离效率。本发明可以广泛在环境监测及水体沉积物中微塑料分离技术领域中应用。

Description

一种基于静电技术的微塑料提取装置
技术领域
本发明涉及一种环境监测及水体沉积物中微塑料分离技术领域，特别是关于一种基于静电技术的微塑料提取装置。
背景技术
塑料材料自发明以来，由于其良好的性能，得到了人们广泛的应用。但是，被废弃的塑料产品，会长时间积累在环境中，受物理、化学作用破碎成小的塑料碎片，而且能够进行远距离迁移，一部分塑料废弃物在风力、降水、河流流动等作用下进入海洋环境，经阳光辐射、生物侵蚀、潮汐和海浪冲刷等物理作用下破碎成更小的碎片。目前，人们把这些尺寸大小在1nm至5mm的塑料材质纤维、颗粒和碎片定义为微塑料。微塑料在海洋环境中广泛分布，由于其较大的比表面积，更易吸附有机污染物和重金属。同时，微塑料容易被海洋生物摄取，造成危害。微塑料正逐渐作为一种新型的环境污染物引起人们广泛的关注。
开展微塑料污染研究，关键的一步在于环境样品中微塑料的分离提取。目前，对于漂浮在水面上的微塑料通过过滤进行收集，沉积物或土壤等固体样品中微塑料的分离主要通过Thompson等提出的密度分选法，使用NaCl溶液从沉积物中分离微塑料，但该方法只适用于密度小于1.2g/cm3的聚合物，不能分离密度较高的聚合物，Liebezeit等和Corcoran等分别使用高密度盐氯化锌和多钨酸钠成功提取了高密度聚合物，但样品分析量和分析成本较高。Nuelle等用两步分选法，流化预提取解决了相应的问题，但是操作程序繁琐。微塑料的提取分离没有标准化和系统化的方法。静电分选技术是一种比较成熟的分选手段，上世纪中叶开始，静电分选就已经被应用于煤与矿石的分选，自上世纪70年代以来，学者们开始研究静电分选技术应用于混合塑料的分选，静电分选技术是干法工艺，没有用水二次污染之忧，而且操作简便，没有繁琐的提取程序。
微塑料正在成为海洋环境研究中的热点，目前对于微塑料提取分离没有系统化和标准化的方法，现行的方法都有一定的不足，所以提取方法的开发和改进尤为关键，这也是将来海洋环境监测的基础。开发一种简便可靠适用性广的提取方法，具有重要的实际意义和应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于静电技术的微塑料提取装置，该装置利用电晕静电技术对泥沙中的微塑料进行有效分离和提取，大大减少了人工提取分离的工作量，提高了分离效率。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于静电技术的微塑料提取装置，其特征在于：该装置包括机箱，以及设置在所述机箱内的进料器、高压复合电极、辊筒电极和料斗；所述进料器一端与所述机箱的箱壁连接，所述进料器另一端位于所述辊筒电极上方；位于所述辊筒电极的右侧斜上方设置有所述高压复合电极，所述高压复合电极与所述辊筒电极之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子；所述料斗位于所述辊筒电极下方。
进一步，所述辊筒电极一侧设置有刮板，用于将附着在所述辊筒电极上的物料刷入所述料斗内。
进一步，所述进料器采用直槽式进料器。
进一步，所述高压复合电极与高压电源连接，所述辊筒电极接地。
进一步，所述高压复合电极为复合弧形电极。
进一步，所述高压复合电极的曲率半径远小于所述辊筒电极的曲率半径。
进一步，所述高压复合电极与所述辊筒电极之间的距离通过设置在所述机箱外部的手轮进行调节。
进一步，所述辊筒电极经转轴设置在所述机箱内，辊筒壁接地；所述辊筒电极采用钢材料，并在其表面镀铬制成。
进一步，所述料斗设置为三个，位于左侧的所述料斗用于接收微塑料，位于中间的所述料斗用于接收混合物料，位于右侧的所述料斗用于接收沙子之类的物料。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将微塑料的提取过程简化为一个装置的运行过程，大大减少了人工提取分离的工作量。2、本发明为干法操作，避免了水对微塑料的影响，没有其它试剂的加入，更加有利于微塑料的后续分析。3、本发明优化了静电分离装置的参数，提高了分离效率。4、本发明原理简单，装置的成本低，适用范围广，有利于进一步推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于静电技术的微塑料提取装置，其包括机箱1，以及设置在机箱1内的进料器2、高压复合电极3、辊筒电极4、刮板5和料斗6。进料器2一端与机箱1的箱壁连接，进料器2另一端位于辊筒电极4上方；位于辊筒电极4的右侧斜上方设置有高压复合电极3，高压复合电极3与辊筒电极4之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子。位于辊筒电极4一侧设置有刮板5，用于将附着在辊筒电极4上的物料刷入料斗6内；料斗6位于辊筒电极4下方。
上述实施例中，进料器2采用直槽式进料器，以保证物料能够平缓的进入高压复合电极3与辊筒电极4之间的静电场。
上述各实施例中，高压复合电极3与高压电源连接，辊筒电极4接地。
上述各实施例中，高压复合电极3为复合弧形电极，最高工作电压为30kV，最低工作电压为5kv；并在高压复合电极3与高压电源之间设置有过载保护。
上述各实施例中，高压复合电极3的曲率半径远小于辊筒电极4的曲率半径，即两者之间曲率半径相差较大，进而使得两者之间产生的静电场为不均匀电场。
上述各实施例中，高压复合电极3与辊筒电极4之间的距离可以通过设置在机箱1外部的手轮进行调节，电极与辊筒之间的距离由齿轮齿条传动机构实现与接地辊筒之间间隙和角度的调整，齿轮齿条支撑在机箱1上，通过机箱1外手轮的转动来调节高压复合电极3与接地辊筒之间的间隙。
上述各实施例中，辊筒电极4经一根转轴设置在机箱1内，辊筒壁接地。辊筒电极4采用钢材料，并在其表面镀铬制成。工作时，该辊筒电极4顺时针旋转，工作转速在0～500r/min可调。在本实施例中，辊筒电极4的直径优选为300mm，长度优选为450mm。
上述各实施例中，料斗6设置为三个，位于左侧的料斗6用于接收微塑料，位于中间的料斗6用于接收混合物料，位于右侧的料斗6用于接收沙子之类的物料。
综上所述，本发明使用时，经高压复合电极3和辊筒电极4产生静电场，混合物料经进料器2进入该静电场，根据混合物料中物质导电性不同，运动轨迹不同，混合物料随着辊筒电极4的转动，沙子之类的物质会较早的离开辊筒电极4，进入右侧的料斗6，微塑料会随着离开辊筒电极4运动，直到被刮板5刮下来，进入左侧的料斗6，从而实现微塑料的分离。
本发明的原理如下：
利用曲率半径相差很大的两电极之间施加高电压，形成不均匀电场，高压复合电极3附近发生电晕放电，从而使空气电离，产生大量的正、负离子，他们将分别向与之极性相反的电极运动，在电晕区以外的空间电荷——负离子和电子，它们在电场力的作用下，向正电极高速运动，当碰撞到待分选物料时，便失去自身速度而附着在物料上，从而使物料带电。由于物料的电性差异造成了荷电量的不同，导电性好的物料把电荷极快的传递给正极，因而受到正极的排斥，沿离心力、重力和电场力的合力方向运动，而导电性差的物料则基本上不传递电荷或传递很慢，因而受到正极的吸引，从而实现分选。
其中，物料在电晕电场中的荷电量是时间的函数，物料的荷电量为：
式中，Qt为物料在电晕电场中t时间内获得的电量；ε为介电常数；R为物料的粒径；E为电场强度；n为电场中离子密度；e为电子电荷；k为离子迁移率。
下面通过实施例对本发明的技术方案及效果作进一步说明。以下各实施例中，优选工艺参数为：输入电压为5.5kV，辊筒电极4的转速为150rpm，高压复合电极3与辊筒电极4之间的电极角度为45°，高压复合电极3与辊筒电极4之间的距离为130mm。
实例1：
将10g塑料薄膜剪成5mm的小碎片，与2000g沙子配成混合物料，将混合物料降入该装置中进行分离。在最佳的工艺参数下运行，输入电压5.5kV，辊筒转速150rpm，运行结束后，对三个料斗6中的物料进行分析。左侧料斗6中，塑料碎片的含砂率为1.44％，右侧料斗6中沙子里面不含微塑料碎片，中间的料斗6以沙子为主，塑料碎片的比率为12％。将中间料斗6的物料再进行一次分离，塑料碎片的比率下降到3％，分离效果良好。
实例2：
将1g大小均小于5mm的聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯碎片与2000g细沙混合，将混合物从进料器2加入装置进行分离，在上述最佳的工艺条件下运行，中间料斗6的混合物料进行三次再处理。最后，左侧料斗6中含砂率为1.02％。中间的混合物料最终塑料碎片占比为2.24％，右侧料斗6中没有塑料碎片，分离效果良好。
实例3：
将环境沉积物样品2000g加入装置中进行分离，通过调节高压复合电极3与辊筒电极4的参数，达到最优化工艺，并对中间料斗6中的混合物料进行多次分离。最终分离得到0.13g塑料碎片，中间物料中塑料碎片占比为3.1％。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种基于静电技术的微塑料提取装置，其特征在于：该装置包括机箱，以及设置在所述机箱内的进料器、高压复合电极、辊筒电极和料斗；所述进料器一端与所述机箱的箱壁连接，所述进料器另一端位于所述辊筒电极上方；位于所述辊筒电极的右侧斜上方设置有所述高压复合电极，所述高压复合电极与所述辊筒电极之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子；所述料斗位于所述辊筒电极下方。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述辊筒电极一侧设置有刮板，用于将附着在所述辊筒电极上的物料刷入所述料斗内。
3.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述进料器采用直槽式进料器。
4.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述高压复合电极与高压电源连接，所述辊筒电极接地。
5.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述高压复合电极为复合弧形电极。
6.如权利要求5所述装置，其特征在于：所述高压复合电极的曲率半径远小于所述辊筒电极的曲率半径。
7.如权利要求1、4-6任一项所述装置，其特征在于：所述高压复合电极与所述辊筒电极之间的距离通过设置在所述机箱外部的手轮进行调节。
8.如权利要求1、4-6任一项所述装置，其特征在于：所述辊筒电极经转轴设置在所述机箱内，辊筒壁接地；所述辊筒电极采用钢材料，并在其表面镀铬制成。
9.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述料斗设置为三个，位于左侧的所述料斗用于接收微塑料，位于中间的所述料斗用于接收混合物料，位于右侧的所述料斗用于接收沙子之类的物料。
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