CN115925014A - 一种水凝胶在水体中微塑料去除的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水体微塑料的去除方法，具体可体现为海藻酸钙水凝胶通过网捕和卷扫作用将水体中的微塑料颗粒去除。其步骤为：制备海藻酸钠标准储备液和氯化钙储备液；取海藻酸钠水溶液加入含有微塑料的水样中，然后加入氯化钙溶液并形成海藻酸钙水凝胶以完成对微塑料的捕获；用筛网过滤水凝胶以完成对微塑料的去除。本发明涉及的微塑料为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；发明所用水体包括超纯水、盐溶液、自来水、湖水、江水和污泥上清液。该发明对水体中微塑料去除率高、适用范围广、反应过程简单且绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及水体新污染物去除领域，具体是一种去除水体中微塑料的方法。
背景技术
随着人类生产的发展，塑料制品因可塑性强、抗腐蚀和方便携带等被人类广泛使用。但是，不完善的管理制度使得塑料制品在使用后并不能完全被回收利用，导致大量的塑料垃圾进入环境中。塑料垃圾在环境中被物理、化学和生物等作用老化，产生了形貌、特性都不同的微塑料。
微塑料已经广泛存在于各种环境介质中，包括大气、水体、土壤和生物体内，这些微塑料往往通过呼吸和摄食等渠道进入人体，威胁人类身体健康。
现有的微塑料去除手段包括吸附、膜过滤、高级氧化和电化学絮凝等。其中吸附过程往往依赖于材料的制备且易受环境因素的干扰，膜过滤手段能耗高且会产生膜污染，高级氧化技术需要大量的氧化剂且可能产生二次污染，电化学絮凝需要消耗大量能源。发明一种绿色、高效且适应性强的水体微塑料去除技术至关重要。
发明内容
水体中微塑料存在分布广泛、现有去除成本高、易产生二次污染和去除工艺繁琐等问题。为实现水体微塑料的经济、绿色、简单快捷和易于操作的去除，本发明提供如下技术方案：
1.配制10g L-1的海藻酸钠储备液：用天平取10g海藻酸钠置于1L的蓝盖瓶中，加入1L的超纯水，盖上盖子后将其置于25℃、150rpm的恒温水浴震荡箱中震荡10h以保证海藻酸钠的充分溶解。溶解后的海藻酸钠为粘稠的淡黄色液体。
2.配制氯化钠标准储备液：取27.75g无水氯化钙，加入超纯水后超声15min以配置成2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液。
3.制备水凝胶以捕获水体微塑料：取50ml含有微塑料的水样，用荧光法测定反应前的PS浓度；加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液；将上述水样至于25℃、150rpm下恒温震荡5min以充分混匀；在水样中加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙后再次至于25℃、150rpm下恒温震荡5min。
4.去除含有微塑料的水凝胶：将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度。
本发明的有益效果在于：本发明能够有效去除水体中的不同种类的微塑料，提高水质，同时成本低廉、去除工艺简单且不产生有毒有害物质，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1本发明实施例1中不同反应时间对海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的影响
图2本发明实施例2中不同Ca2+浓度下海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的效果
图3本发明实施例3中不同温度下海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的效果
图4本发明实施例4中NaCl和Na2SO4浓度对海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的影响
图5本发明实施例5中MgCl2和NaNO3浓度对海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的影响
图6本发明实施例6中不同pH下海藻酸钙水凝胶去除水体微塑料的效果
图7本发明实施例7中天然水体下海藻酸钙水凝胶去除水体聚苯乙烯微塑料的效果
图8本发明实施例8中海藻酸钙水凝胶去除水体多种微塑料的效果
图9海藻酸钙去除水体中多种微塑料前后立式显微镜2.5D模式分析对比图
具体实施方式
下面结合实例和附图，对本发明做进一步的说明。
实施例1
配制5mg L-1的聚苯乙烯微塑料悬浮液，加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，将上述水样至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在水样中加入5ml 5wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下分别恒温震荡2、5、8、10、20和30min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶在设定的反应时间下对于超纯水中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.9％。
实施例2
配制5mg L-1的聚苯乙烯微塑料悬浮液，加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，将上述水样至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在水样中分别加入5ml 0、1、2、3、4、5wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，当Ca2+浓度大于等于2wt％时，水凝胶对于超纯水中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.7％。
实施例3
配制5mg L-1的聚苯乙烯微塑料悬浮液，加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，将上述水样分别至于25、30和35℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在水样中加入5ml2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25、30和35℃的恒温震荡箱，于150rpm下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶在不同反应温度下对于超纯水中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于98.3％。显示了本发明稳定且去除效果好的优点。
实施例4
首先配制10g L-1的NaCl溶液A、10g L-1的Na2SO4溶液B和10mg L-1的聚苯乙烯悬浮液悬浮液C。
用溶液A和C配制NaCl的浓度分别为0、0.2、0.5、0.8、1、2g L-1且聚苯乙烯微塑料浓度为5mg L-1的水样。在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于水样中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.2％，几乎不受NaCl的干扰。
用溶液A和B配制Na2SO4的浓度分别为0、0.2、0.5、0.8、1、2g L-1且聚苯乙烯微塑料浓度为5mg L-1的水样。在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的聚苯乙烯微塑料浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于水样中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.1％，几乎不受Na2SO4的干扰。显示了本发明去除效果好且适用范围广的优点。
实施例5
首先配制10g L-1的MgCl2溶液D、10mg L-1的NaNO3溶液E和10mg L-1的聚苯乙烯悬浮液悬浮液C。
用溶液D和C配制MgCl2的浓度分别为0、0.2、0.5、0.8、1、2mg L-1且聚苯乙烯微塑料浓度为5mg L-1的水样。在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于水样中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.3％，几乎不受MgCl2的干扰。
用溶液E和C配制NaNO3的浓度分别为0、0.2、0.5、0.8、1、2mg L-1且聚苯乙烯微塑料浓度为5mg L-1的水样。在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于水样中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于99.5％，几乎不受NaNO3的干扰。显示了本发明去除效果好且适用范围广的优点。
实施例6
配制5mg L-1的聚苯乙烯微塑料悬浮液，用0.1M的NaOH溶液和0.1M的HCl溶液调节水样pH值分别为6、7、8和9。在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在水样中加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，当Ca2+浓度大于等于2wt％时，水凝胶对于水样中聚苯乙烯微塑料的去除率均大于98.8％，在pH值为6-9的水体中具有优秀的去除效果。显示了本发明应用范围广、去除效果好的优点。
实施例7
分别用自来水、湖水、江水和污泥上清液配制聚苯乙烯微塑料浓度为1、2、3、4和5mg L-1的悬浮液，在上述水样中均加入5ml 10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的PS浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于自来水、湖水、江水和污泥上清液中聚苯乙烯微塑料的去除率分别大于99.5％、98.1％、98.7％和102.86％，均显现了优秀的微塑料处理效果。此外，用荧光法测定污泥上清液中不同初始微塑料浓度的去除率，因污泥上清液所含有机物也在测定波长下也会产生微弱的荧光，而水凝胶对水体中溶解性有机物也有去除效果，导致微塑料的去除效率均高于100％。
实施例8
分别用聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)配置成不同的微塑料悬浮液(PS、PS+PP、PS+PLA、PS+PMMA、PS+PP+PLA+PMMA)，每种微塑料浓度均为5mg L-1。在上述水样中均加入5ml10g L-1的海藻酸钠溶液，并至于25℃下，150rpm恒温震荡5min以充分混匀。然后，在所有水样中均加入5ml 2wt％(以Ca2+计)的氯化钙溶液后再次至于25℃、150rpm的恒温震荡箱下恒温震荡5min。最后，将上述的水样过100目不锈钢筛网以截留水凝胶，测定处理后水样的微塑料浓度，计算经水凝胶捕获前后水体中微塑料去除率。经计算，水凝胶对于PS、PS+PP、PS+PLA、PS+PMMA、PS+PP+PLA+PMMA水样中微塑料的去除率分别为97.64％、98.94％、98.28％、98.81％和99.35％，均显现了优秀的微塑料处理效果。显示了本发明应用范围广、去除效率高的优点。
Claims (5)
1.本发明涉及一种水凝胶对水体中微塑料的去除。具体涉及一种水凝胶通过网捕和卷扫作用去除水体中的微塑料。
2.根据权利要求1所述，其特征在于，所述水凝胶为海藻酸钙，海藻酸钙是一种绿色、无害的水凝胶。
3.根据权利要求2所述，其特征在于，所述海藻酸钙由绿色、无害的天然多糖海藻酸钠和钙离子螯合形成。
4.根据权利要求1所述，其特征在于，所述微塑料为聚苯乙烯(PS，2000目)、聚丙烯(PP，1000目)、聚乳酸(PLA，500目)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，1000目)，其中的一种或多种混合。
5.一种权利要求2所述的海藻酸钙，也可同时去除水体中溶解性有机物。
一种权利要求1所述的微塑料去除方法在天然水体中微塑料去除的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113474302A (zh) * | 2019-02-18 | 2021-10-01 | 凯米拉公司 | 监测和任选地控制从包含微塑料的水中去除微塑料的方法 |
| EP4049980A1 (en) * | 2021-02-26 | 2022-08-31 | Naturin Viscofan GmbH | Separation of microplastics |
| KR20220125409A (ko) * | 2021-03-05 | 2022-09-14 | 유민철 | 커피박을 이용한 미세플라스틱 제거용 흡착제 및 이의 제조 방법. |
| US20230192519A1 (en) * | 2021-10-26 | 2023-06-22 | Novelgen Co., Ltd. | Method and system for recovering microplastics from water |
-
2022
- 2022-12-25 CN CN202211670455.5A patent/CN115925014A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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