CN219400523U - 一种高效的微塑料分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效的微塑料分离装置，包括分离塔和其底部的过滤器，分离塔的内壁上从上到下依次安装有高目筛网和低目筛网，并对应设置非同向位置的第一阀门和第二阀门，分离塔内低目筛网下安装有搅拌器，过滤器包括对应第一阀门、第二阀门且不连通的第一过滤杯和第二过滤杯，分别与第一锥形瓶、第二锥形瓶连接，且连接处设置有第一滤膜分离器和第二滤膜分离器，第一锥形瓶与第二锥形瓶与真空泵连接。本实用新型的装置通过设置高目筛网和低目筛网、过滤杯以及连接的抽滤系统，实现了微塑料样品中不同粒径微塑料的连续分级筛选、分离和提取，且一次加料实现多次浮现，提高了微塑料分离效率，适用于水体、土壤、灰尘、沉积物等多种环境。

Description

一种高效的微塑料分离装置

技术领域

本实用新型属于微塑料分离技术领域，具体涉及一种高效的微塑料分离装置。

背景技术

塑料作为一种我们生活中最常见的材料之一，每年全球的生产和使用量已经达到亿吨级，但由于其难降解的特性，可以长时间留存在自然环境中，对生态环境和人体健康造成了很大风险。其中，粒径小于5mm的塑料被定义为微塑料，主要来源于大型的塑料制品经光照、风化、磨损等物理化学作用分解产生，同时，人们日常使用的个人护理产品，衣物等纺织品的纺织纤维，也是其重要的来源之一。微塑料作为一种新型污染物，近年来逐渐受到国内外的高度重视，因其具有稳定性高、粒径小及迁移性强等特点，能长期存在于各种环境介质中，并作为沉积物存在于土壤和水体底部，通过植物富集、生物吞食、呼吸作用等方式经食物链逐级传递，最终在人体内累积，达到一定浓度后会对生物体的健康造成危害。所以，如何从各类沉积物等自然环境中分离并识别出微塑料，成为了亟需研究解决的问题之一。

微塑料(MPs)的分布非常广泛，现有的研究显示，微塑料可以存在于湖泊、海洋、陆地土壤、灰尘、大气等多种复杂的环境介质中，并与人类活动息息相关。目前，微塑料分离的主要方法包括：筛分过滤法、密度分离法和油提取法。筛分过滤法是利用筛网、滤膜或滤纸从环境介质中分离微塑料的方法。其中，筛分是使用不同孔径的筛网，让沉积物或水中粒径小于孔径的微粒穿过筛网，而粒径大于孔径的颗粒则留在筛网之上，以达到分离的目的；而过滤，一般是以真空泵辅助，在负压条件下对溶液进行抽滤，使微粒留存于滤膜上，也可以与密度分离联合使用。密度分离法是在待分离样品中加入浮选液，待溶液分层后，取上层清液过滤得到较低密度的MPs。目前，研究中常用的浮选液有NaCl(1.2g/cm³)、CaCl₂(1.5g/cm³)、ZnCl₂(1.8g/cm³)、NaI(1.8g/cm³)等溶液，其中，NaCl因其价格低廉、毒性小的优点而被最常使用，但也存在对高密度的MPs分离效率低的缺点；ZnCl₂，NaI分离效率有较大的提升，然而也会导致上清液杂质变多，不易识别，毒性大对环境有危害，成本高等问题。油提取法是利用塑料的亲油性，以植物油代替浮选液分离MPs，成本低、低毒性，但粘在MPs上的油性物质会干扰后续的检测，并且容易受到样品中有机质的影响，所以目前常用与MPs的定性分析上。

现有微塑料分离装置存在以下缺陷：(1)只针对微塑料本身的分离提取，缺少对于微塑料粒径方面的浮选分离过程，影响后续的研究和分析；(2)多数以水体和沉积物样品中微塑料的提取分离为研究对象，对于含有较多杂质的土壤和灰尘的提取效率有限；(3)对于自然界样品中的天然杂质缺少去除方法，这些杂质会对后续微塑料的鉴别及表征造成影响。因此，现有微塑料分离装置普遍存在分离效率不高、分离精度低的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高效的微塑料分离装置。该装置通过在分离塔中从上到下依次设置高目筛网和低目筛网，并设置分别用于收集经各级筛网筛选的浮选液的过滤杯，以及分别连接在各过滤杯上的抽滤系统，实现了微塑料样品中不同粒径微塑料的连续精确分级筛选、分离和提取，且一次加料即可实现多次浮现，大大提高了微塑料分离效率，解决了现有微塑料分离装置分离效率低及分离精度低的难题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，包括分离塔和设置在分离塔底部的过滤器，所述分离塔的内壁上从上到下依次安装有高目筛网和低目筛网，高目筛网处的内壁上开孔并设置有第一阀门，低目筛网处的内壁上开孔并设置有第二阀门，且第一阀门与第二阀门处于非同向位置，分离塔内安装有搅拌器，且搅拌器位于低目筛网之下，所述过滤器包括对应第一阀门的第一过滤杯和对应第二阀门的第二过滤杯，且第一过滤杯与第二过滤杯不连通，所述第一过滤杯与第一锥形瓶连接，且连接处设置有第一滤膜分离器，所述第二过滤杯与第二锥形瓶连接，且连接处设置有第二滤膜分离器，所述第一锥形瓶与第二锥形瓶分别通过管道与真空泵连接。

上述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述高目筛网为孔径0.3mm的钢制筛网，所述低目筛网为孔径1mm的钢制筛网。

上述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一阀门与第二阀门对向设置。

上述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一过滤杯和第二过滤杯的底部均为漏斗结构。

上述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述过滤器由第一过滤杯和第二过滤杯并排组成，且分离塔容纳于第一过滤杯和第二过滤杯之间的空间，并位于第一过滤杯和第二过滤杯中底部漏斗结构以上。

上述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一滤膜分离器和第二滤膜分离器均为抽拉式滤膜分离器，所述抽拉式滤膜分离器包括滤膜和用于抽拉滤膜的拉杆。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的装置通过在分离塔中从上到下依次设置高目筛网和低目筛网，并设置分别用于收集经各级筛网筛选的浮选液的过滤杯，以及分别连接在各过滤杯上的抽滤系统，实现了微塑料样品中不同粒径微塑料的连续分级筛选、分离和提取，且一次加料即可实现多次浮现，大大提高了微塑料分离效率，有利于后续对不同粒径微塑料老化、降解及生物体摄入小粒径微塑料危害的进一步研究。

2、本实用新型的装置在分离塔中设置不同目数的筛网，通过调节筛网的目数孔径以调节其浮选、筛选、分离的微塑料的粒径，以实现对不同来源微塑料样品中不同粒径微塑料的有效分离，适用于水体、土壤、灰尘、沉积物等多种环境中微塑料的分离，扩大了装置的适用范围。

3、本实用新型的装置通过将第一阀门与第二阀门对向设置，避免了各阀门流出的不同浮选液交叉污染，有利于提高了浮选分离效率，提高了微塑料分离装置的结构稳定性。

4、本实用新型的装置通过设置分离塔容纳于第一过滤杯和第二过滤杯之间，并位于各过滤杯中底部漏斗结构以上，实现对分离塔的保护，避免浮选液飞溅流出，并简化装置结构，方便操作，提高了微塑料分离装置的整体结构紧凑性。

5、本实用新型的装置通过设置低目筛网，可有效拦截微塑料样品中的杂质，尤其是使得大粒径但低密度夹杂如土壤中的有机质和灰尘中的大颗粒粉尘被拦截在低目筛网下，大大提高了微塑料的分离效率，减少后续过程中的处理难度。

6、本实用新型的装置通过在过滤器底部增加锥形瓶以收纳使用过的浮选液，以进行回收并再次利用，减少了分离成本，减轻了浮选液对环境的污染。

面通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的微塑料分离装置的结构示意图。

图2为图1中A处的放大图。

附图标记说明：

1—分离塔； 2—高目筛网； 3—第一阀门；

4—低目筛网； 5—第二阀门； 6—搅拌器；

7—过滤器； 7-1—第一过滤杯； 7-2—第二过滤杯；

8—第一滤膜分离器； 9—第一锥形瓶； 10—第二锥形瓶；

11—第二滤膜分离器； 11-1—拉杆； 11-2—滤膜；

12—真空泵。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的微塑料分离装置包括分离塔1和设置在分离塔1底部的过滤器7，所述分离塔1的内壁上从上到下依次安装有高目筛网2和低目筛网4，高目筛网2处的内壁上开孔并设置有第一阀门3，低目筛网4处的内壁上开孔并设置有第二阀门5，且第一阀门3与第二阀门5处于非同向位置，分离塔1内安装有搅拌器6，且搅拌器6位于低目筛网4之下，所述过滤器7包括对应第一阀门3的第一过滤杯7-1和对应第二阀门5的第二过滤杯7-2，且第一过滤杯7-1与第二过滤杯7-2不连通，所述第一过滤杯7-1与第一锥形瓶9连接，且连接处设置有第一滤膜分离器8，所述第二过滤杯7-2与第二锥形瓶10连接，且连接处设置有第二滤膜分离器11，所述第一锥形瓶9与第二锥形瓶10分别通过管道与真空泵12连接。

本实施例的微塑料分离装置通过设置分离塔1，用于容置微塑料样品和浮选液，并对微塑料样品进行浮选分离，通过在分离塔1的底部设置过滤器7，用于对浮选分离得到的各级液体进行过滤，并收集微塑料；具体地，该微塑料分离装置分离塔1的内壁上从上到下依次安装高目筛网2和低目筛网4，由于筛网的目数与孔径呈负相关关系，即筛网的目数越大，其孔径越小，当向容置有微塑料样品的分离塔1中加入浮选液时，浮选液与微塑料样品相互作用，基于密度特性的不同，微塑料样品中密度小于浮选液密度的小粒径微塑料逐渐脱离并直接上浮在表层，而密度接近浮选液密度的大粒径微塑料仍保留在浮选液中，随着浮选液加入量的增加，浮选液液面升高直至升至高目筛网2以上，浮选液带动微塑料依次经过大孔径的低目筛网4、小孔径的高目筛网2，其中大粒径微塑料通过低目筛网4但被高目筛网2拦截，留在低目筛网4与高目筛网2之间的浮选液中，而小粒径微塑料通过低目筛网4后继续通过高目筛网2，留在高目筛网2之上的浮选液中，实现了微塑料样品中不同粒径微塑料的分级筛选；同时，该微塑料分离装置在高目筛网2处的内壁上开孔并设置第一阀门3，低目筛网4处的内壁上开孔并设置第二阀门5，通过依次开启第一阀门3和第二阀门5，分别使得含有小粒径微塑料的浮选液和含有大粒径微塑料的浮选液依次流出，实现了微塑料样品中不同粒径微塑料的浮选分离，提高了微塑料的分离效率；通过设置第一阀门3与第二阀门5处于非同向位置，便于经各阀门流出的含有不同粒径微塑料的浮选液的分别流出和收集，避免各级浮选液因阀门同向而流经路径交叉而污染、导致不同粒径微塑料分离不完全，进而避免对后续微塑料的分析和鉴别造成不良影响；通过在分离塔1内安装搅拌器6，用于对加入浮选液后的体系进行搅拌，提高了微塑料样品与浮选液的接触几率，提高了两者的作用速率，进而提高了浮选效率，且将搅拌器6设置在低目筛网4之下，既便于对置于分离塔1内底部的微塑料样品发挥搅拌作用，又避免了对高目筛网2、低目筛网4的破坏作用，保证了微塑料浮选分离过程的顺利进行，通常将搅拌器6安装在分离塔1内底部中心位置，以提高其搅拌效果。

本实施例的微塑料分离装置通过在过滤器7中设置对应第一阀门3的第一过滤杯7-1和对应第二阀门5的第二过滤杯7-2，且第一过滤杯7-1与第二过滤杯7-2不连通，利用第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2分别收集从第一阀门3中流出的含有小粒径微塑料的浮选液和从第二阀门5中流出的含有大粒径微塑料的浮选液，进一步避免不同粒径微塑料的交叉污染，且可收集一次微塑料样品的多次浮选液再进行后续抽滤提取过程，提高了微塑料分离提取效率；该装置通过将第一过滤杯7-1与第一锥形瓶9连接，且连接处设置有第一滤膜分离器8，将第二过滤杯7-2与第二锥形瓶10连接，且连接处设置有第二滤膜分离器11，第一锥形瓶9与第二锥形瓶10分别通过管道与真空泵12连接，即在第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2上分别连接抽滤系统，利用真空泵12对抽滤系统中第一锥形瓶9进行抽真空作为动力，对经第一过滤杯7-1底部流入第一滤膜分离器8中的含有小粒径微塑料的浮选液进行抽滤，使得小粒径微塑料截留在第一滤膜分离器8中，而浮选液流入第一锥形瓶9中，获得小粒径微塑料，同时利用真空泵12对抽滤系统中第二锥形瓶10进行抽真空作为动力，对经第二过滤杯7-2底部流入第二滤膜分离器11中的含有大粒径微塑料的浮选液进行抽滤，使得大粒径微塑料截留在第二滤膜分离器11中，而浮选液流入第二锥形瓶10中，获得大粒径微塑料，从而实现了浮选分离后不同粒径微塑料的收集。

通常，本实施例中的高目筛网2和低目筛网4均可拆卸地连接在分离塔1的内壁上，以便于在分离塔1中放置微塑料样品，并方便对高目筛网2、低目筛网4、搅拌器6的维修、更换以及对分离塔1的清洗。

通常，本实施例中的微塑料分离装置各部件均由金属或玻璃材料制作而成，以避免装置本身对微塑料样品的污染，提高对微塑料的分析、鉴别准确度。

通常，本实施例中的真空泵12为循环水式真空泵。

进一步地，本实施例中的高目筛网2为孔径0.3mm的钢制筛网，所述低目筛网4为孔径1mm的钢制筛网。

基于微塑料的概念即粒径小于5mm的塑料均定义为微塑料，本实施例微塑料分离装置中高目筛网2和低目筛网4的范围选择为孔径5mm以下的筛网，且高目筛网2的孔径小于低目筛网4的孔径。实际操作中，根据处理对象微塑料样品中微塑料的粒径分布确定高目筛网2和目筛网4的孔径，通常选用的筛网孔径范围为5mm，2mm，1mm，0.5mm，0.3mm和0.1mm。

通常，本实用新型微塑料分离装置中除了高目筛网2和低目筛网4，还可以增加更多不同目数、且目数分布在高目筛网2和低目筛网4之间的筛网，并按照目数从高到低地沿着分离塔1的内部从上到下穿插在高目筛网2和低目筛网4之间。对应地，增加的筛网处的内壁上均开孔并设置有对应的阀门，且各阀门与第一阀门3、第二阀门5相互之间均处于非同向位置，过滤器7包括对应各阀门的各过滤杯，且各过滤杯分别与对应的锥形瓶连接，各连接处均分别设置有对应的滤膜分离器，各锥形瓶均分别通过管道与真空泵连接。通过上述设置提高微塑料分离装置中筛网的数量并增加了目数分布范围，实现了对更小粒径范围微塑料的精细筛分，有利于微塑料的分级利用。但考虑到筛网数量过多会使得分离塔1的高度增加、且配套结构及组件包括阀门、过滤杯、锥形瓶、滤膜分离器、真空泵数量也随之增加，导致微塑料分离装置的结构趋于复杂，使用难度增加，装置成本和使用成本均提高，本实用新型的微塑料分离装置中选择孔径0.3mm的钢制筛网作为高目筛网2，孔径1mm的钢制筛网作为低目筛网4，即可实现对常规水体、土壤、灰尘、沉积物等多种环境中微塑料的分离，满足后续分析研究的要求。

此外，本实施例的分离装置通过在分离塔1中的下部设置低目筛网4，还起到拦截微塑料样品中杂质的作用，使得大粒径但低密度的杂质(如土壤中的有机质和灰尘中的大颗粒粉尘)被限制在筛网以下，大大提高微塑料的分离效率，减少后续过程中的处理难度。同时，本实施例的分离装置通过在过滤器7的底部增加锥形瓶用于收纳使用过后的浮选液，实现对浮选液的回收和再次利用，减少了浮选成本，减轻了浮选液本身对环境的污染。

进一步地，本实施例中的第一阀门3与第二阀门5对向设置。通过将第一阀门3与第二阀门5对向设置，即以分离塔为轴，沿轴相对设置，保证了两个阀门分别对应的第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2的空间位置不重叠，并也呈对向位置设置，进一步避免了第一阀门3与第二阀门5中流出的不同浮选液交叉污染，有利于提高了浮选分离效率，同时简化了过滤器7的结构，提高了微塑料分离装置的结构稳定性。

进一步地，本实施例中第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2的底部均为漏斗结构。通过将第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2的底部均设置为漏斗结构，有利于分别进入第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2的浮选液快速汇聚并进入抽滤系统的滤膜分离器中进行抽滤分离，提高了不同粒径微塑料的提取效率，并减少浮选液残留，减少微塑料损失。

进一步地，本实施例中的过滤器7由第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2并排组成，且分离塔1容纳于第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2之间的空间，并位于第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2中底部漏斗结构以上。该结构的微塑料分离装置通过将分离塔1置于过滤器7中，一方面降低分离塔1的高度，使得分离塔1中经第一阀门3与第二阀门5流出的液体顺利汇聚至第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2中底部漏斗结构，以进行后续微塑料的提取收集，避免液体飞溅甚至流出过滤器7，保证了微塑料分离过程的顺利进行，另一方面充分利用过滤器7空间，提高了微塑料分离装置的整体结构紧凑性，便于操作，并形成对分离塔1的保护。

进一步地，本实施例中的第一滤膜分离器8和第二滤膜分离器11均为抽拉式滤膜分离器，所述抽拉式滤膜分离器包括滤膜11-2和用于抽拉滤膜11-2的拉杆11-1。通过将第一滤膜分离器8和第二滤膜分离器11均设置为抽拉式滤膜分离器，利用拉杆11-1对滤膜11-2进行抽拉，不仅有利于滤膜11-2的放置，还有利于抽滤后滤膜11-2的取出，便于及时收集滤膜11-2上截留的微塑料，进而实现微塑料提取过程的持续进行，提高了微塑料分离提取的效率。通常，滤膜11-2为尼龙滤膜，该材质的滤膜性能稳定，结实耐用，且成本较低。

本实用新型微塑料分离装置的使用过程为：

(1)称量：使用不锈钢药匙移取微塑料样品并置于万分之一天平上进行称量；

(2)加入浮选液搅拌：将称量的微塑料样品投入分离塔1中，然后在分离塔1的内壁上由下到上依次安装低目筛网4和高目筛网2，向分离塔1中加入浮选液，直至液面低于低目筛网4以下2cm～3cm，启动搅拌器6并调节转速进行搅拌30min，同时保证搅拌过程中的最高液面低于低目筛网4以下1cm且不会接触低目筛网4；

(3)静置筛分：关闭搅拌器6，并将搅拌体系在室内静置24h以上，然后沿分离塔1的内壁缓慢加入浮选液，使得液面持续升高至高目筛网2以上3cm～4cm；

(4)浮选分离：打开第一阀门3，使得含有小粒径微塑料的浮选液流入第一过滤杯7-1中，待该部分浮选液完全流出后关闭第一阀门3并打开第二阀门5，使得含有大粒径微塑料的浮选液流入第二过滤杯7-2中，待该部分浮选液完全流出后关闭第二阀门5；

重复(2)中的加入浮选液和搅拌过程、(3)中的静置和加入浮选液过程、(4)中的浮选分离过程，使得各浮选液分别汇聚至第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2中；

(5)微塑料提取：开启真空泵12分别对第一锥形瓶9和第二锥形瓶10抽真空，使得第一过滤杯7-1中的含有小粒径微塑料的浮选液流入第一滤膜分离器8中进行抽滤，第二过滤杯7-2中的含有大粒径微塑料的浮选液流入第二滤膜分离器11中进行抽滤，抽滤过程中分别采用超纯水冲洗第一过滤杯7-1和第二过滤杯7-2的内壁1～2次，抽滤结束后，通过拉杆11-1将滤膜11-2拉出，分别收集得到小粒径微塑料和大粒径微塑料。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，包括分离塔(1)和设置在分离塔(1)底部的过滤器(7)，所述分离塔(1)的内壁上从上到下依次安装有高目筛网(2)和低目筛网(4)，高目筛网(2)处的内壁上开孔并设置有第一阀门(3)，低目筛网(4)处的内壁上开孔并设置有第二阀门(5)，且第一阀门(3)与第二阀门(5)处于非同向位置，分离塔(1)内安装有搅拌器(6)，且搅拌器(6)位于低目筛网(4)之下，所述过滤器(7)包括对应第一阀门(3)的第一过滤杯(7-1)和对应第二阀门(5)的第二过滤杯(7-2)，且第一过滤杯(7-1)与第二过滤杯(7-2)不连通，所述第一过滤杯(7-1)与第一锥形瓶(9)连接，且连接处设置有第一滤膜分离器(8)，所述第二过滤杯(7-2)与第二锥形瓶(10)连接，且连接处设置有第二滤膜分离器(11)，所述第一锥形瓶(9)与第二锥形瓶(10)分别通过管道与真空泵(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述高目筛网(2)为孔径0.3mm的钢制筛网，所述低目筛网(4)为孔径1mm的钢制筛网。

3.根据权利要求1所述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一阀门(3)与第二阀门(5)对向设置。

4.根据权利要求1所述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一过滤杯(7-1)和第二过滤杯(7-2)的底部均为漏斗结构。

5.根据权利要求4所述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述过滤器(7)由第一过滤杯(7-1)和第二过滤杯(7-2)并排组成，且分离塔(1)容纳于第一过滤杯(7-1)和第二过滤杯(7-2)之间的空间，并位于第一过滤杯(7-1)和第二过滤杯(7-2)中底部漏斗结构以上。

6.根据权利要求1所述的一种高效的微塑料分离装置，其特征在于，所述第一滤膜分离器(8)和第二滤膜分离器(11)均为抽拉式滤膜分离器，所述抽拉式滤膜分离器包括滤膜(11-2)和用于抽拉滤膜(11-2)的拉杆(11-1)。