水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法及系统技术方案

本发明专利技术运用基本的电化学原理以及微塑料和重金属污染物的相关性质，提供一种水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法及系统。该系统实质为一电解池系统，利用微塑料对重金属离子的吸附性实现正电荷和微塑料在电解池中的定向移动，实现微塑料和重金属同向迁移聚集过程；再通过控制PH值实现重金属在阴极的还原，同时阳极电解产生的金属离子经过水解、聚合生成絮凝剂吸附微塑料，从而实现水体净化。本发明专利技术可以广泛应用于兼具为塑料和重金属水体的复杂环境。属水体的复杂环境。属水体的复杂环境。

Simultaneous and efficient purification method and system of microplastics and heavy metal pollutants in water environment

【技术实现步骤摘要】
水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法及系统


[0001]本专利技术属于水体净化
，具体涉及一种电絮凝法处理废水的方法及系统，实现污水中微塑料和重金属污染物同步去除的目的。

技术介绍

[0002]目前，微塑料已经全面侵入饮用水和海洋环境中，在全球83%的自来水样品中均已检测到微塑料的存在，而海洋环境中的塑料垃圾还在以每年800万吨的速度增加，其中大部分分解成为微塑料。研究发现，自来水和海洋环境中的微塑料均会通过食物链侵入人体。微塑料通常是指粒径小于5mm的塑料颗粒及纺织纤维等，其体积小、比表面积大、且吸附能力强，性质相对稳定，可长期存在于环境中，侵入人体器官后会产生不可逆的严重后果。现在已有技术去除水环境中的微塑料效率并不是很高，如果要大幅提高微塑料的去除率那么去除成本会相应提高许多，微塑料去除效率和除去成本难以平衡是现在微塑料在水环境中去除的一大障碍。
[0003]同时，水环境中的重金属污染也日益严重，多种重金属离子污染水资源是现在水环境污染的一大问题，用现有方法去除水环境中重金属污染已近成熟，且去除效率非常可观。电化学技术处理水环境中重金属污染这一方法已经是水环境中重金属污染的主要处理手段之一，其具有所费成本低、去除效率高等特点。
[0004]调查发现的许多动物体中甚至是人体中已近发现微塑料的存在，微塑料存留人体和动物体中的危害目前虽然并未完全被发觉，但其对生物的潜在危害绝不能掉以轻心。因此，去除环境中微塑料这一问题需要我们关注和重视。
[0005]目前，对于微塑料得研究大多数还处在微塑料得污染现状、污染特征、分布特征、对生物得影响等方面，关于微塑料去除净化得研究还比较少；现有得一些普通方法有的效率太低，还有的限制因素太多；现有的一些先进废水三级处理技术，如动态膜、溶气浮选法等虽然能高效去除微塑料，有的去除率可达95%以上，但是这些方法大都比较昂贵；因此这些方法都不适合大规模推广使用。
[0006]微塑料污染正成为环境污染研究中的热点，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，这也是将来水环境监测的基础。因此，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。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是一方面提供一种水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法，该方法为电絮凝法，利用微塑料对重金属离子的吸附性实现正电荷和微塑料在电解池中的定向移动，实现微塑料和重金属同向迁移聚集过程；再通过控制pH值实现重金属在阴极的还原，同时阳极电解产生的金属离子经过水解、聚合生成絮凝剂吸附微塑料，从而实现水体净化。该方法成本低、且能实现水环境中微塑料和重金属的同步净化。
[0008]本专利技术还提供一种水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化系统，该系统为一种电解池系统，基于同步高效净化方法，该系统结构简单，系统成本低，应用范围广，能使用于兼具微塑料和重金属污染物的复杂体系，对微塑料和重金属污染物去除率可达90%左右。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法，该方法为电絮凝法，具体过程为：构建电解池系统，电源正极连接阳极，电源负极连接阴极，含有微塑料和重金属污染物的水体作为电解液；电源通电，形成反应体系；微塑料吸附重金属形成塑料载体载电体系；在电场的作用下塑料载体载电体系定向迁移到阴极，控制pH值使重金属在阴极被还原；电源通电后阳极电离，在电解液中形成多羟基配合物，或者加入吸附剂和/或絮凝剂，吸附微塑料实现水体净化。
[0010]进一步，所述pH控制为3～10。
[0011]水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化系统，该系统实质为一电解池系统，包括电源、阳极、阴极、电解液；其中，电源的正极连接阳极，电源的负极连接阴极，含有微塑料和重金属污染物的水体作为电解液。
[0012]进一步，所述电源为直流电源。
[0013]进一步，所述阳极采用活泼金属材料，其金属离子在水中水解能产生絮凝剂。
[0014]更进一步，所述阳极为金属铝、铁或合金，如铝片、铁片、其他铝铁聚合物、铝铁合金。
[0015]进一步，所述阴极采用惰性材料，可以为钢、石墨、石墨烯、活性炭、富勒烯或Mxene。
[0016]进一步，所述电解液中还包括吸附剂和絮凝剂。
[0017]进一步，所述吸附剂为氧化铝与石墨改性后制备的表面疏松多孔的特殊材料。
[0018]进一步，所述絮凝剂为改性石墨烯。
[0019]进一步，所述吸附剂的制备过程为：将改进Hummers法所制备的氧化石墨烯和纳米氧化铝分别在去离子水中超声分散40min后混合，加入表面活性剂再混合，70℃下恒温水浴加热搅拌，即得纳米氧化铝
‑
氧化石墨烯复合絮凝材料。
[0020]进一步，所述絮凝剂的制备过程为：热分解工艺制备的磁性石墨烯复合物(MGNCs)。
[0021]上述水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法和系统在兼具微塑料和重金属的复杂水体环境中的应用，实现水环境中微塑料和重金属的同步净化。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术是首次利用电絮凝法实现同时处理水环境中的微塑料和重金属，具有高效性、低成本的优势，具有显著的进步。
[0023]2、与其他工艺相比，电凝聚（EC）工艺产生的污泥量较少，且EC工艺产生的污泥容
易降解、脱水；EC设备简单，操作容易；EC形成的絮体与化学絮体相似，但EC絮体大，束缚水少，耐酸稳定，过滤分离速度快；与化学处理相比，EC产生的废水中总溶解性固体（TDS）含量低，较低的TDS水有助于降低水的回收成本；EC工艺具有去除最小胶体离子的特点，因为施加的电场使它们的运动更快，从而有利于混凝；电解过程产生的气泡可将污染物带到溶液的顶部，使其更容易被浓缩、收集和去除；电解槽的电解过程是电控制的，不需要移动部件，因此需要较少的维护，适合大规模推广。
[0024]3、本专利技术中，污染物微塑料吸附水环境中另一种危害很大的重金属污染物，再利用电化学的方法实现微塑料和重金属污染物在水环境中的同步高效净化，对于净化生态环境，保护人类健康具有十分重大的意义。
[0025]4、本专利技术原理简单、系统成本低，应用范围广，能使用于兼具微塑料和重金属污染物的复杂体系。
[0026]5、本专利技术使用吸附剂和絮凝剂均为自制或改良后具有提高水环境中微塑料和重金属污染物去除效率的特殊材料，且性价比高。
附图说明
[0027]图1为本专利技术方法的技术线路简图；图2为本专利技术系统的结构示意图；图中：1、电源，2、阳极，3、阴极，4、电解液，5、电解池。
具体实施方式
[0028]在本专利技术中，需要理解的是微塑料与重金属离子结合形成带电体系在反应体系的电场力作用下实现微塑料和重金属离子向阴极同向移动的过程。下面结合附图和实施例步骤对本专利技术进行详细地描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法，其特征在于，该方法为电絮凝法，具体过程为：构建电解池系统，电源正极连接阳极，电源负极连接阴极，含有微塑料和重金属污染物的水体作为电解液；电源通电，形成反应体系；微塑料吸附重金属形成塑料载体载电体系；在电场的作用下塑料载体载电体系定向迁移到阴极，控制pH值使重金属在阴极被还原；电源通电后阳极电离，在电解液中形成多羟基配合物，或者加入吸附剂和/或絮凝剂，吸附微塑料实现水体净化。2.根据权利要求1所述的水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化方法，其特征在于，所述pH控制为3～10。3.水环境中微塑料和重金属污染物同步高效净化系统，其特征在于，该系统实质为一电解池系统，包括电源、阳极、阴极、电解液；其中，电源的正极连接阳极，电源的负极连接阴极，含有微塑料和重金属污染物的水体作为电解液。4.根据权利要求3所述的水环境中微塑料和重金属污染物同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，龚林，胡小珊，黎勇敢，王雯霞，左其亭，王俊凯，张丽迎，柴森友，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：