一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的球载装置和方法

本发明涉及水体治理领域，更具体涉及一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的球载装置和方法。

背景技术：

1、微塑料作为目前国际广泛关注和国家生态环境部界定的新污染物，粒径小且难以降解，对水生生物及人体健康造成严重威胁，水体微塑料污染已经成全球性的环境问题。水环境中微塑料的去除技术主要包括：传统的物理分离(沉降、过滤、吸附和浮选)、化学去除(高级氧化和混凝)、生物去除(生物膜分离和生物降解)和新兴的电絮凝去除技术。物理去除中的吸附法作为低成本、易操作、去除率高的一种去除方法，被公认是废水处理的重要方法。

2、泥质灰岩由于具有较丰富的电荷、较强的键能和较大的比表面积，在水环境净化中对带有正电荷的污染物具有较大吸附性能，并且泥质灰岩作为石灰岩的伴生矿，在其开采过程中通常被作为废弃物堆放在矿区，废弃堆放成为矿开采后的环境问题。然而，基于泥质灰岩吸附微塑料的吸附技术至今未见报道。

3、且目前已授权的微塑料吸附技术大多集中于将吸附材料添加进入废水中，注重提高吸附性能的研究，很少涉及回收利用，比如：cn202111305954.x公开了一种同步去除水中微塑料和喹诺酮类抗生素的方法，cn201910860438.x公开了一种采用三维石墨烯吸附水中聚苯乙烯微塑料的方法，均未提及将吸附材料回收循环利用。而少数涉及回收利用的技术，比如：cn202310400007.1公开了一种用于吸附微塑料的磁性海绵炭及其制备方法和应用，虽然提到可将磁性海绵炭快速的从液体样本中分离，但未详细阐述分离技术。

4、基于此，为了解决以上问题，本发明提供了一种条件简单、成本较低、吸附性能好、可回收利用，并且变废为宝的基于泥质灰岩的微塑料吸附材料，该吸附材料对聚苯乙烯微塑料具有超高吸附性能、稳定的化学性能和广阔的应用前景。

技术实现思路

1、为了解决水环境中微塑料类型复杂且难以回用和降解的问题，本发明研发一种低成本且高效去除微塑料的技术，采用吸附性能较强的泥质灰岩，通过吸附法高效快速地去除水中的聚苯乙烯塑料实现水体净化。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的球载装置，其外壳为中空硬态小球，通过若干活动卡槽将两个半球连结而成，小球内部固定若干支撑杆，小球内置软态网包裹的泥质灰岩，所述软态网包裹的泥质灰岩通过支撑杆固定。

4、作为优选，所述中空硬态小球、支撑杆、软态网的材质均为铝合金。铝合金不含有微塑料颗粒，不会造成二次污染；密度低，但强度比较高；塑性好，可加工成各种型材；具有优良的抗蚀性。

5、作为优选，泥质灰岩选自有碳酸盐和陆源碎屑混合沉积现象的中国江苏大北望地馒头组，其表面富含负电荷。

6、所述球载装置通过如下步骤制备而成：

7、步骤(1)：采用硬态铝合金中空小球作为载体，将小球平均一分为二，在小球断口处均匀安装若干个活动卡槽作为小球开闭的开关，在小球内部固定上铝合金支撑杆；

8、步骤(2)：选取软态铝合金网包裹泥质灰岩，包裹上之后，采用丝状铝合金将软态铝合金网口封好；

9、步骤(3)：将步骤2中封好口的软态铝合金网球，放入步骤1的硬态铝合金小球内部，通过铝合金支撑杆将其固定，即得到吸附球载装置。

10、作为优选，所述步骤(1)的硬态铝合金中空小球直径为5-10cm。进一步优选硬态铝合金中空小球直径为7cm。

11、作为优选，所述步骤(1)的硬态铝合金中空小球表面多孔，其孔径为0.10-0.020mm。进一步优选，硬态铝合金中空小球表面的孔径0.015mm。

12、作为优选，所述步骤(1)的硬态铝合金中空小球的活动卡槽的个数为4-7。进一步优选活动卡槽的个数为5个。

13、作为优选，所述步骤(1)的支撑杆长为0.8-1.2cm，直径为0.7-0.9cm。进一步优选，支撑杆长为1cm，直径为0.8cm。

14、作为优选，所述步骤(2)的软态铝合金网的孔径为0.030-0.045mm。进一步优选，软态铝合金网的孔径为0.038mm。

15、粒径为0.15-0.25mm的白云石在提高土壤ph和释放养分过程中表现出优越效果。因此，软态铝合金网的优选孔径应小于0.15mm，由于经研磨后过0.15mm筛子的泥质灰岩，95％以上的颗粒粒径大于0.038mm。为了减少材料损失，本发明选用0.038mm作为软态铝合金网的优选孔径。

16、一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的方法(实质上也是一种废水处理的方法)，将吸附球载装置直接放置于含有聚苯乙烯微塑料的废水中。优选地进行振荡处理振荡转速150-250rpm，处理时间12-36小时；任选地，进一步还包括回收所述球载装置的步骤，进一步用nacl溶液处理所述球载装置，具体于恒温振荡器中以150-250rpm，25±3℃条件下避光振荡12-36h小时达到完全解吸平衡后，以重复使用，重复使用1-5次。

17、作为优选，吸附废水的ph值为5-7。原因是环境中广泛存在的酸性废水其ph均小于6.0，泥质灰岩在ph6.0条件下对带有正电荷的阳离子具有较强的吸附性能。

18、每个吸附球载装置内包裹的泥质灰岩的质量是相对确定的，通过改变吸附球载装置的个数改变球载泥质灰岩的质量。

19、作为优选，装有泥质灰岩的硬态铝合金中空小球，在废水中吸附聚苯乙烯微塑料达到饱和后，采用过滤回收法进行回收，再利用特定的脱附剂(如5％的nacl溶液)进行脱附处理，吸附小球得以再生循环利用。

20、本发明的技术方案相对于现有技术而言，其有益效果如下：本发明首次发现泥质灰岩能高效去除微塑料，主要通过静电吸附和络合作用对废水中的聚苯乙烯微塑料进行吸附。本发明的球载装置，具有结构简单、使用方便、成本低、吸附性能好、可回收利用等优点。现对于现有技术，本发明的装置对聚苯乙烯微塑料具有极高的吸附性能，又能便捷地进行回收循环利用。

技术特征：

1.一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的球载装置，其特征在于，其外壳为中空硬态小球，通过活动卡槽将两个半球连结而成，小球内部固定支撑杆，小球内置软态网包裹的泥质灰岩，所述软态网包裹的泥质灰岩通过支撑杆固定。

2.根据权利要求1所述的球载装置，其特征在于，所述中空硬态小球、支撑杆、软态网的材质均为铝合金。

3.根据权利要求2所述的球载装置，其特征在于，所述球载装置通过如下步骤制备而成：

4.根据权利要求3所述的球载装置，其特征在于，所述步骤（1）的硬态铝合金中空小球直径为5-10cm，进一步优选硬态铝合金中空小球直径为7cm。

5.根据权利要求3所述的球载装置，其特征在于，所述步骤（1）的硬态铝合金中空小球表面多孔，其孔径为0.10-0.020mm；优选地，硬态铝合金中空小球表面的孔径0.015mm。

6.根据权利要求3所述的球载装置，其特征在于，所述步骤（1）的硬态铝合金中空小球的活动卡槽的个数为4-7；优选地，活动卡槽的个数为5个。

7.根据权利要求3所述的球载装置，其特征在于，所述步骤（1）的支撑杆长为0.8-1.2cm，直径为0.7-0.9cm；优选地，支撑杆长为1cm，直径为0.8cm。

8.根据权利要求3所述的球载装置，其特征在于，所述步骤（2）的软态铝合金网的孔径为0.030-0.045mm，优选地，软态铝合金网的孔径为0.038mm。

9.一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料或者一种废水的处理方法，其特征在于，将权利要求1-8任一项球载装置直接放置于含有聚苯乙烯微塑料的废水中，优选地进行振荡处理振荡转速150-250rpm，处理时间12-36小时；任选地，进一步还包括回收所述球载装置的步骤，进一步用nacl 溶液处理所述球载装置，具体于恒温振荡器中以150-250rpm，25±3℃条件下避光振荡12-36 h小时达到完全解吸平衡后，以重复使用，重复使用1-5次。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，吸附废水的ph值为5-7。

技术总结本发明属于水体治理领域，更具体涉及一种采用泥质灰岩吸附水中聚苯乙烯微塑料的球载装置和方法。为了解决水环境中微塑料类型复杂且难以回用和降解的问题，本发明研发一种低成本且高效去除微塑料的技术，采用吸附性能较强的泥质灰岩，将其固定于球载装置内，通过吸附法高效快速地去除水中的聚苯乙烯塑料，实现水体净化。本发明的球载装置，具有结构简单、使用方便、成本低、吸附性能好、可回收利用等优点。现对于现有技术，本发明的装置对聚苯乙烯微塑料具有极高的吸附性能，又能便捷地进行回收循环利用。技术研发人员：何澍然,邱丹,孙华蓉,杨阿支,石一岚,田国兵,龙弈君,赵平,字淑慧受保护的技术使用者：云南农业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2