CN111186875A - 一种去除低温海水中甲基汞的装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种去除低温海水中甲基汞的装置及其制造方法，所述装置为多面体结构，该多面体结构设有多面体框架，在所述多面体框架内安装有一多面体的琼脂糖凝胶，琼脂糖凝胶的各个面中央均设置有孔且在孔中填充有3‑巯基丙基官能化硅胶，在琼脂糖凝胶的每个面均覆盖有一层将3‑巯基丙基官能化硅胶表面以及琼脂糖凝胶表面覆盖住的硝酸纤维素膜，硝酸纤维素膜的厚度为0.45μm。本发明不受外部温度及重金属种类的影响，整体结构简单，使用方便，海水净化程度高，低温海水中甲基汞的去除效果好，可以降低低温海水中甲基汞的含量。

Description

一种去除低温海水中甲基汞的装置及其制造方法
技术领域
本发明属于水体中重金属去除，海水水质净化领域，更具体地，涉及一种去除低温海水中甲基汞的装置及其制造方法。
背景技术
伴随我国经济社会的快速发展与科技的进步，汞的消耗与排放日趋增加，大量固液等含汞废物随径流冲刷与渗透析出，严重危害受纳水体安全和生物健康。汞分布广、危害大、迁移性强，是世界公认的高危无机污染物之一。汞经甲基化后形成甲基汞，其在沿袭汞毒性的同时，还具有脂溶性。相较于无机汞、单质汞等其他形态，甲基汞能与人体血液中的巯基结合生成稳定的巯基汞和烷基汞，于细胞和脑室里蓄积，极难通过新陈代谢排出体外，海水中的甲基汞被水生物摄入，人摄食有毒的水生物后中枢神经被破坏，从而危及人体安全健康。
目前国内外去除甲基汞所采用的技术方法有纳米法、干泥法及材料法。纳米法是采用纳米材料去除海水中的汞离子，但操作复杂，成本高；干泥法是采用干污泥对低浓度甲基汞进行吸附，但效果差；材料法是采用复合材料去除无机汞，但非常不稳定。并且甲基汞的去除易受环境中温度影响，尤其是在低温环境条件下更不易去除，影响环境质量与生态安全。
发明内容
本发明构建了一种去除低温海水中甲基汞的技术系统，对低温海水中的甲基汞进行有效去除，提高海水质量与保护海洋环境，以及海水可资源化利用，保证海产品的安全，保障人体健康具有重要意义。具体方案如下：
一种去除低温海水中甲基汞的装置，所述装置为多面体结构，该多面体结构设有多面体框架，在所述多面体框架内安装有一多面体的琼脂糖凝胶，琼脂糖凝胶的各个面中央均设置有孔且在孔中填充有3-巯基丙基官能化硅胶，在琼脂糖凝胶的每个面均覆盖有一层将3-巯基丙基官能化硅胶表面以及琼脂糖凝胶表面覆盖住的硝酸纤维素膜，硝酸纤维素膜的厚度为0.45μm。
进一步的，所述装置为六面体结构。
同时本发明还提供了一种制备上述装置的方法，包括如下步骤：
S1、将琼脂颗粒稀释并预加热后加入至超纯水中，充分混合后将其置于沸水恒温水浴锅中搅拌，直至所有的琼脂糖颗粒全部溶解且溶液呈透明状，将溶液移入预热好的玻璃片上静置并自然冷却，将琼脂糖凝胶剪裁成多面体并在每个面上挖孔后置于超纯水中保存；
S2、吸DGT胶溶液置于塑料离心管中加入巯基硅胶，摇晃使其充分混匀；再向其加入过硫酸铵溶液和TEMED，摇晃使其充分混匀；用移液器吸取混合液并注入制备装置在恒温箱中静置，取出3-巯基丙基官能化硅胶，将其置于装有超纯水的离心管中，让3-巯基丙基官能化硅胶和超纯水充分水合使3-巯基丙基官能化硅胶扩展成稳定状态，将扩展后的3-巯基丙基官能化硅胶裁剪成颗粒并在超纯水中保存；
S3、取多块塑料板将其中心挖空，在各个裁剪好的塑料板的其中一面贴上硝酸纤维素膜，随后将塑料板用钉子固定成框架且其中一面塑料板不固定，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，随后将中心嵌有3-巯基丙基官能化硅胶颗粒的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上，或者，
取多块塑料板将其中心挖空，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，并在琼脂糖凝胶的每个面贴上硝酸纤维素膜，随后将每个面覆盖有硝酸纤维素膜的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上。
进一步的，步骤S1具体如下：
将琼脂糖颗粒稀释到预加热至80℃的超纯水中，充分混合后将其置于沸水恒温水浴锅中搅拌，直至所有的琼脂糖颗粒全部溶解且溶液呈透明状，将溶液移入预热好的玻璃片上静置1小时待温度下降到36℃以下后，将琼脂糖剪裁成边长相等的多面体并在每个面上挖孔后置于超纯水中保存。
进一步的，步骤S2中，
吸取DGT(diffusive gradient in thin films)胶溶液置于塑料离心管中，加入巯基硅胶摇晃使其充分混匀；再向其加入过硫酸铵溶液和TEMED(四甲基乙二胺)，摇晃使其充分混匀；
用移液器吸取适量混合液并将其注入制备装置，在温度为42±2℃的恒温箱中静置45min，取出3-巯基丙基官能化硅胶，将其置于装有超纯水的离心管中，让3-巯基丙基官能化硅胶和超纯水充分水合，水合时间为48小时，使3-巯基丙基官能化硅胶扩展成稳定状态，将扩展后的3-巯基丙基官能化硅胶裁剪成颗粒并在超纯水中保存。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过构建一个多面体，增加甲基汞与琼脂糖凝胶的接触面积，使甲基汞可以从多个面扩散至3-巯基丙基官能化硅胶中，从而加快3-巯基丙基官能化硅胶对甲基汞的吸附速度，促进海水的快速净化，提高海水质量。
(2)目前去除甲基汞的系统受环境温度和pH的影响，降低测定结果准确性。本发明采用3-巯基丙基官能化硅胶作为吸附甲基汞的材料，3-巯基丙基官能化硅胶的吸附选择性好，物理化学性能稳定，易再生和可重复使用，且受环境温度和pH影响小，稳定甲基汞的吸附，从而提高低温海水中甲基汞的去除率。
(3)目前去除甲基汞的系统受初始甲基汞浓度影响而丧失其吸附去除的作用。本发明采用琼脂糖凝胶和巯基硅胶结合，对甲基汞进行吸附去除，琼脂糖凝胶结构均匀，甲基汞扩散自由，对甲基汞吸附极微，甲基汞均匀的扩散至巯基硅胶，不受初始甲基汞浓度的影响，从而确保巯基硅胶对甲基汞的吸附去除作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了在六面体的琼脂糖凝胶各个面均有孔，且每个孔中均嵌入有3-巯基丙基官能化硅胶；
图2示出了琼脂糖凝胶的局部剖面图；
图3为其中六面体其中一面的框架示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种去除低温海水中甲基汞的装置，所述装置为多面体结构，该多面体结构设有多面体框架，在所述多面体框架内安装有一多面体的琼脂糖凝胶2，琼脂糖凝胶2的各个面中央均设置有孔且在孔中填充有3-巯基丙基官能化硅胶1，在琼脂糖凝胶2的每个面均覆盖有一层将3-巯基丙基官能化硅胶1表面以及琼脂糖凝胶2表面覆盖住的硝酸纤维素膜，硝酸纤维素膜的厚度为0.45μm。
在一可选的实施例中，所述装置为六面体结构。图1示出了在六面体的琼脂糖凝胶2各个面均有孔，且每个孔中均嵌入有3-巯基丙基官能化硅胶1。图2示出了琼脂糖凝胶2的局部剖面图，3-巯基丙基官能化硅胶1填充在琼脂糖凝胶2的中心孔内，在琼脂糖凝胶2的表面有一层厚度为0.45μm的硝酸纤维素膜3。
本发明的实施方法为：将上述制备好的多面体结构置于低温海水中，琼脂糖凝胶2将海水与3-巯基丙基官能化硅胶1隔开，并将甲基汞进行扩散，3-巯基丙基官能化硅胶1与扩散过来的甲基汞快速结合，且结合后的甲基汞不再扩散出去，使琼脂糖凝胶2和3-巯基丙基官能化硅胶1界面上的甲基汞浓度降到最低，有利于琼脂糖凝胶2再次将甲基汞扩散过来。其中，0.45μm硝酸纤维素膜具有避免藻类、泥沙和鱼虾等对该装置的侵害和破坏，同时该厚度也不会过度影响琼脂糖凝胶2和3-巯基丙基官能化硅胶1的净化效果。
本发明不受外部温度及重金属种类的影响，整体结构简单，使用方便，海水净化程度高，低温海水中甲基汞的去除效果好，可以降低低温海水中甲基汞的含量。
实施例一
同时本发明还提供了一种制备上述装置的方法，包括如下步骤：
S1、将0.48g颗粒稀释到预加热至80℃的超纯水中，充分混合后将其置于沸水恒温水浴锅中，盖上并轻轻搅拌，直至所有的琼脂糖颗粒全部溶解，且溶液呈透明状。立即用移液器将溶液移入预先预热好的玻璃片上，静置1小时，待温度下降到36℃以下后，将凝胶剪裁成六面体，并在每个面挖孔，最后在超纯水中保存。
S2、吸取2.5mlDGT胶溶液置于10ml塑料离心管中，加入0.38g巯基硅胶(每10ml加1.5g)，摇晃使其充分混匀；再向其加入24μL的过硫酸铵溶液和7.4μL的TEMED，摇晃使其充分混匀；用移液器吸取适量混合液并迅速将其注入制备装置，在温度为42±2℃的恒温箱中静置45min，取出3-巯基丙基官能化硅胶，将其置于装有超纯水的离心管中，让3-巯基丙基官能化硅胶和超纯水充分水合，时间为48小时，是3-巯基丙基官能化硅胶扩展成稳定状态。将扩展后的3-巯基丙基官能化硅胶裁剪成六面体颗粒，并在超纯水中保存。
S3、取多块塑料板将其中心挖空，在各个裁剪好的塑料板的其中一面贴上硝酸纤维素膜，随后将塑料板用钉子固定成框架且其中一面塑料板不固定，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，随后将中心嵌有3-巯基丙基官能化硅胶颗粒的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上。图2示出了中心挖空塑料板的示意图，其为矩形边框，将6块图2所示的边框钉在一起即可构成六面体的最外层框架。
实施例二
本实施例与实施例一步骤S1-S2的方法相同，区别在于步骤S3有所不同，具体如下：S3、取多块塑料板将其中心挖空，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，并在琼脂糖凝胶的每个面贴上硝酸纤维素膜，随后将每个面覆盖有硝酸纤维素膜的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上。
本发明通过构建一个多面体，增加甲基汞与琼脂糖凝胶的接触面积，使甲基汞可以从多个面扩散至3-巯基丙基官能化硅胶中，从而加快3-巯基丙基官能化硅胶对甲基汞的吸附速度，促进海水的快速净化，提高海水质量。本发明采用3-巯基丙基官能化硅胶作为吸附甲基汞的材料，3-巯基丙基官能化硅胶的吸附选择性好，物理化学性能稳定，可再生与重复使用，且受环境温度和pH影响小，稳定甲基汞的吸附，从而提高低温海水中甲基汞的去除率。0.45μm硝酸纤维素膜具有避免藻类、泥沙和鱼虾等对该装置的侵害和破坏，同时该厚度也不会过度影响琼脂糖凝胶2和3-巯基丙基官能化硅胶1的净化效果。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种去除低温海水中甲基汞的装置，其特征在于，所述装置为多面体结构，该多面体结构设有多面体框架，在所述多面体框架内安装有一多面体的琼脂糖凝胶，琼脂糖凝胶的各个面中央均设置有孔且在孔中填充有3-巯基丙基官能化硅胶，在琼脂糖凝胶的每个面均覆盖有一层将3-巯基丙基官能化硅胶表面以及琼脂糖凝胶表面覆盖住的硝酸纤维素膜，硝酸纤维素膜的厚度为0.45μm。
2.如权利要求1所述的一种去除低温海水中甲基汞的装置，其特征在于，所述装置为六面体结构。
3.一种制备如权利要求1-2任意一项所述装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将琼脂颗粒稀释并预加热后加入至超纯水中，充分混合后将其置于沸水恒温水浴锅中搅拌，直至所有的琼脂糖颗粒全部溶解且溶液呈透明状，将溶液移入预热好的玻璃片上静置并自然冷却，将琼脂糖凝胶剪裁成多面体并在每个面上挖孔后置于超纯水中保存；
S2、吸DGT胶溶液置于塑料离心管中加入巯基硅胶，摇晃使其充分混匀；再向其加入过硫酸铵溶液和TEMED，摇晃使其充分混匀；用移液器吸取混合液并注入制备装置在恒温箱中静置，取出3-巯基丙基官能化硅胶，将其置于装有超纯水的离心管中，让3-巯基丙基官能化硅胶和超纯水充分水合使3-巯基丙基官能化硅胶扩展成稳定状态，将扩展后的3-巯基丙基官能化硅胶裁剪成颗粒并在超纯水中保存；
S3、取多块塑料板将其中心挖空，在各个裁剪好的塑料板的其中一面贴上硝酸纤维素膜，随后将塑料板用钉子固定成框架且其中一面塑料板不固定，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，随后将中心嵌有3-巯基丙基官能化硅胶颗粒的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上，或者
取多块塑料板将其中心挖空，将步骤S2中裁剪的3-巯基丙基官能化硅胶颗粒置于琼脂糖凝胶每个面的中心槽内，并在琼脂糖凝胶的每个面贴上硝酸纤维素膜，随后将每个面覆盖有硝酸纤维素膜的琼脂糖凝胶置于框架中，最后将剩余的一面塑料板固定在框架上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1具体如下：
将琼脂糖颗粒稀释到预加热至80℃的超纯水中，充分混合后将其置于沸水恒温水浴锅中搅拌，直至所有的琼脂糖颗粒全部溶解且溶液呈透明状，将溶液移入预热好的玻璃片上静置1小时待温度下降到36℃以下后，将琼脂糖剪裁成边长相等的多面体并在每个面上挖孔后置于超纯水中保存。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤S2中，
吸取DGT胶溶液置于塑料离心管中，加入巯基硅胶摇晃使其充分混匀；再向其加入过硫酸铵溶液和TEMED，摇晃使其充分混匀；
用移液器吸取适量混合液并将其注入制备装置，在温度为42±2℃的恒温箱中静置45min，取出3-巯基丙基官能化硅胶，将其置于装有超纯水的离心管中，让3-巯基丙基官能化硅胶和超纯水充分水合，水合时间为48小时，将扩展后的3-巯基丙基官能化硅胶裁剪成颗粒并在超纯水中保存。
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