CN111175093A - 一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置及方法,包括空气泵取样器以及膜吸附取样装置;所述空气泵取样器包括进气管、抽气泵、气体流量计以及储气箱,所述储气箱的顶部两侧设有进气口,进气口上螺纹连接有进气管,所述气体流量计安装于储气箱内,抽气泵包括抽气嘴和排气嘴,抽气嘴安装于储气箱内;所述膜吸附取样装置包括螺旋取样管以及外罩,所述螺旋取样管放置于外罩内,螺旋取样管以及外罩与储气箱通过螺纹连接;所述外罩上设有多个小孔,底部安装有抽气泵的排气嘴;所述螺旋取样管内壁上安装有氟化聚丙烯纤维膜。本发明的二噁英取样装置利用氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行高效快速地取样,结构简单,轻巧便携。
Description
技术领域
本发明涉及空气取样技术领域,特别涉及一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置及方法。
背景技术
二噁英,又称二氧杂芑,由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并呋喃(PCDFs)。它包括210种化合物,这类物质非常稳定,熔点较高,极难溶于水,可以溶于大部分有机溶剂,是无色无味的脂溶性物质。
二噁英是一种强毒性有机化学物质,具有类似于“12大危害物”的特性,“12大危害物”是一组被称为持久性有机污染物的危险化学物质。因此,二噁英是目前人类创造的最可怕的化学物质,被称为"地球上毒性最强的毒物"。
二噁英在自然界中几乎不存在,只有通过化学合成才能产生,二噁英在人体内降解缓慢,非常容易在生物体内积累,主要蓄积在脂肪组织中,对人体危害严重。自然界的微生物和水解作用对二噁英的分子结构影响较小,因此,环境中的二噁英很难自然降解消除。
当前对二噁英的取样主要取用改进的烟尘取样器,在烟尘取样器上加载滤筒、滤筒加热系统、烟气冷却系统以及树脂吸附过滤装置,但仍然会出现在取样过程中滤筒被损坏,吸附树脂等现象,导致取样效率降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足,提供了一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,轻巧便携,能够高效快速自动取样空气中的二噁英。
本发明的另一个目的在于一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样方法,利用氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行取样,可以快速采集大量空气样本。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现:一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,包括空气泵取样器以及膜吸附取样装置;所述空气泵取样器包括进气管、抽气泵、气体流量计以及储气箱,所述储气箱的顶部两侧设有进气口,进气口上螺纹连接有进气管,所述气体流量计安装于储气箱内,抽气泵包括抽气嘴和排气嘴,抽气嘴安装于储气箱内;所述膜吸附取样装置包括螺旋取样管以及外罩,所述螺旋取样管放置于外罩内,螺旋取样管以及外罩与储气箱通过螺纹连接;所述外罩上设有多个小孔,底部安装有抽气泵的排气嘴;所述螺旋取样管内壁上安装有氟化聚丙烯纤维膜。
作为优选的技术方案,所述氟化聚丙烯纤维膜的膜纤维直径在0.6μm~2.6μm之间,孔径小于0.1μm。
作为优选的技术方案,所述氟化聚丙烯纤维膜是在氟气浓度1%~3%的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的。
作为优选的技术方案,所述进气口处设有玻璃纤维膜,膜孔径大小为0.1mm~1mm。玻璃纤维膜能够过滤空气中大型污染物,如较大颗粒物和飞扬的塑料等。
作为优选的技术方案,所述气体流量计上设有指示灯,当气体流量高于50ml/min时就会亮起。气体流量计可以检测储气箱内的气体流量,并在气体流量过大时亮灯提醒。
作为优选的技术方案,所述外罩上设有的小孔对称分布,且都用网丝罩上,网丝孔为小六边形,小六边形的边长为0.2mm~0.5mm。对称分布的小孔可平衡气压,并提高美观性。小六边形的网丝结构更加稳定,不易损坏。
作为优选的技术方案,所述螺旋取样管的螺旋半径为40mm~65mm,高度为180mm~210mm,螺旋管圈数为4~6个。螺旋取样管的螺旋设计有利于增大空气与附着在螺旋取样管壁上的氟化聚丙烯纤维膜的接触面积,以达到更好更高效的吸附取样二噁英的目的。
本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现:一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样方法,包括如下步骤:空气经过冷却后由进气管被抽入储气箱内;空气从储气箱进入螺旋取样管,管壁上的氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行吸附提取;将螺旋取样管取下,利用加速溶剂萃取法对附着在氟化聚丙烯纤维膜上的二噁英进行萃取。
作为优选的技术方案,二噁英被萃取后,先让氟化聚丙烯纤维膜与含柠檬烯的水接触或者利用清洗液对该膜进行逆洗,然后将水喷洒至该膜上进行清洗,清洗之后再对该膜进行干燥处理。清洗并干燥的氟化聚丙烯纤维膜可以重复利用。
作为优选的技术方案,所述加速溶剂萃取法的试剂选用二氯甲烷或者己烷/二氯甲烷,萃取时温度在50℃~200℃内;萃取压力在6MPa~20MPa内,萃取时间为15min~30min。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明的二噁英取样装置利用氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行高效快速地取样,结构简单,轻巧便携。
2、本发明二噁英取样方法利用加速溶剂萃取法对氟化聚丙烯纤维膜上的二噁英进行萃取,并在萃取二噁英之后,对氟化聚丙烯纤维膜进行清洗和干燥,以便重复利用。
附图说明
图1是本发明实施例中基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置的结构示意图。
其中:1:进气管,2:玻璃纤维膜,3:抽气嘴,4:外罩,5:排气嘴,6.气体流量计,7:储气箱,8:小孔,9:螺旋取样管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示,一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,包括空气泵取样器以及膜吸附取样装置。整个二噁英取样装置的尺寸范围为100mm~150mm×100mm~150mm×280mm~310mm,重量范围为1600g~2000g。
空气泵取样器包括进气管、抽气泵、气体流量计以及储气箱。储气箱的顶部两侧设有两个进气口,两个进气口上分别螺纹连接有两个进气管。进气口处设有玻璃纤维膜,膜孔径大小为0.1mm~1mm。玻璃纤维膜可防止大颗粒物、飞灰以及空气中飞扬的塑料等杂质进入储气箱内。抽气泵为恒流抽气泵,工作电压为110V~220V。抽气泵的抽气嘴安装于储气箱内,用于将空气由进气管抽到储气箱内。抽气泵的排气嘴安装于膜吸附取样装置的底部。抽气泵抽取空气的流量范围为20ml/min~50ml/min。在储气箱内还安装有气体流量计,气体流量计上设有指示灯,当气体流量高于50ml/min时就会亮起。气体流量计的工作电压为3V~10V。
膜吸附取样装置包括螺旋取样管以及外罩,螺旋取样管放置于外罩内,螺旋取样管以及外罩与储气箱通过螺纹连接,螺旋取样管和外罩可以从储气箱上拆分下来,以便二噁英取样后拆下螺旋取样管提取样品,也便于整个装置在损坏时进行局部更换。螺旋取样管内壁上安装有氟化聚丙烯纤维膜,可吸附空气中的二噁英。不同疏水性质和粗糙度的氟化聚丙烯纤维膜对二噁英的吸附效率的不同,本发明中氟化聚丙烯纤维膜是在氟气浓度1%~3%(与空气占比)的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的。该膜纤维直径在0.6μm~2.6μm之间,孔径小于0.1μm。螺旋取样管的螺旋半径为40mm~65mm,高度为180mm~210mm,螺旋管圈数为4~6个。螺旋取样管的螺旋式设计,有利于增大空气与附着在螺旋取样管壁上氟化聚丙烯纤维膜的接触面积,以达到更好更高效的吸附取样二噁英的目的。外罩可采用陶瓷、金属铝、钢、硅等材料制造,壁面上设有25个小孔,其中16个两两相对的小孔分布于侧壁上,其余9个小孔分布于底部。对称分布的小孔既能平衡气压,又能使装置较为美观。每个小孔都用网丝罩上,网丝孔为小六边形,小六边形边长为0.2mm~0.5mm。该结构使网丝更加稳定,不易损坏。
储气箱、外罩以及进气管的外壳均采取铝制。空气泵取样器以及膜吸附取样装置内的吸附过程,都可以采用计算机进行控制,实现自动取样,使取样过程更快更高效。
利用二噁英取样装置进行取样的方法,包括如下步骤:
(1)空气经过收集冷却后,由抽气泵抽取,从进气管进入,并通过玻璃纤维膜过滤掉空气中的大型污染物,如较大颗粒物和飞扬的塑料等,经过初步过滤的空气进入到储气箱内。
(2)储气箱内的空气进入螺旋取样管,管壁上的氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行吸附提取,该膜具有很强的疏水性,且随着吸附过程的进行,膜的粗糙性也随之增大,从而吸附效果增强;且取样管采用螺旋形,也大大增加了吸附效率。经过螺旋取样管吸附取样二噁英后的气体透过外罩壁上的小六边形网丝孔流入空气中。
(3)将螺旋取样管取下,利用加速溶剂萃取法(ASE)对附着在氟化聚丙烯纤维膜上的二噁英进行萃取。试剂选用二氯甲烷或者己烷/二氯甲烷,萃取时温度在50℃~200℃内;萃取压力在6MPa~20MPa内,萃取时间为15min~30min。
(4)二噁英被萃取下来之后,先让氟化聚丙烯纤维膜与10ml~20ml含柠檬烯10%~30%的水接触或者利用10ml~20ml清洗液对该膜进行逆洗,然后将20ml~40ml水由喷射器的喷嘴喷洒至该膜上,以达到清洗氟化聚丙烯纤维膜的目的。可以利用该清洗方法对氟化聚丙烯纤维膜重复清洗20~50次。清洗之后再对该膜进行干燥处理。
实施例一
取用本发明的二噁英取样装置对某垃圾焚烧厂排放气体中的二噁英进行取样:
山西某垃圾焚烧厂向空气中排放烟气,将此烟气收集冷却后通过进气口导入,烟气透过玻璃纤维膜,进入储气箱中,控制此过程烟气流量为20ml/min。此储气箱内的烟气中不含有大颗粒物和飞扬的塑料等杂质。
储气箱中的烟气随之进入螺旋取样管内,利用氟气浓度2%(与空气占比)的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的氟化聚丙烯纤维膜对烟气进行吸附取样二噁英,该过程持续10min。
经过螺旋取样管吸附取样二噁英后的气体透过外罩上的小六边形网丝孔流入空气中。
随后,将螺旋取样取下,利用加速溶剂萃取法,选用二氯甲烷作为加速溶剂萃取的试剂。在温度100℃内,压力15MPa的环境下提取二噁英。该过程持续20min。
二噁英被萃取下来之后,让该氟化聚丙烯纤维膜与15ml含柠檬烯20%的水接触对该膜进行逆洗,然后将30ml水喷洒至该膜上,最后将该膜干燥10min,供重复利用。
实施例二
取用本发明的二噁英取样装置对地区工厂所排放的烟气中的二噁英进行取样:
广州某工厂向空气中排放烟气,将此烟气收集冷却后通过进气口导入,烟气透过玻璃纤维膜,进入储气箱中,控制此过程烟气流量为50ml/min。此储气箱内的烟气不含有大颗粒物和飞扬的塑料等杂质。
储气箱中的空气随之进入螺旋取样管内,利用氟气浓度1.5%(与空气占比)的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的氟化聚丙烯纤维膜对烟气进行吸附取样二噁英,该过程持续15min。
经历过螺旋取样管吸附取样二噁英后的气体透过外罩上的小六边形网丝孔流入空气中。
随后,将螺旋取样取下,利用加速溶剂萃取法,选用己烷/二氯甲烷作为加速溶剂萃取的试剂。在温度200℃内,压力20MPa的环境下提取二噁英。该过程持续20min。
二噁英被萃取下来之后,让该氟化聚丙烯纤维膜与15ml含柠檬烯15%的水接触对该膜进行逆洗,然后将25ml水喷洒至该膜上,最后将该膜干燥10min,供重复利用。
实施例三
取用本发明的二噁英取样装置对某垃圾焚烧厂所排放的烟气中的二噁英进行取样:
北京某垃圾焚烧厂向空气中排放烟气,将此烟气收集冷却后通过进气口导入,烟气透过玻璃纤维膜,进入储气箱中,控制此过程烟气流量为35ml/min。此储气箱内的烟气不含有大颗粒物和飞扬的塑料等杂质。
储气箱中的空气随之进入螺旋取样管内,利用氟气浓度1%(与空气占比)的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的氟化聚丙烯纤维膜对烟气进行吸附取样二噁英,该过程持续15min。
经历过螺旋取样管吸附取样二噁英后的气体透过外罩上的小六边形网丝孔流入空气中。
随后,将螺旋取样取下,利用加速溶剂萃取法,选用二氯甲烷作为加速溶剂萃取的试剂。在温度150℃内,压力15MPa的环境下提取二噁英。该过程持续20min。
二噁英被萃取下来之后,让该氟化聚丙烯纤维膜与20ml含柠檬烯30%的水接触对该膜进行逆洗,然后将40ml水喷洒至该膜上,最后将该膜干燥10min,供重复利用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,包括空气泵取样器以及膜吸附取样装置;
所述空气泵取样器包括进气管、抽气泵、气体流量计以及储气箱,所述储气箱的顶部两侧设有进气口,进气口上螺纹连接有进气管,所述气体流量计安装于储气箱内,抽气泵包括抽气嘴和排气嘴,抽气嘴安装于储气箱内;
所述膜吸附取样装置包括螺旋取样管以及外罩,所述螺旋取样管放置于外罩内,螺旋取样管以及外罩与储气箱通过螺纹连接;所述外罩上设有多个小孔,底部安装有抽气泵的排气嘴;所述螺旋取样管内壁上安装有氟化聚丙烯纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述氟化聚丙烯纤维膜的膜纤维直径在0.6μm~2.6μm之间,孔径小于0.1μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述氟化聚丙烯纤维膜是在氟气浓度1%~3%的条件下对聚丙烯进行氟化处理所制得的。
4.根据权利要求1所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述进气口处设有玻璃纤维膜,膜孔径大小为0.1mm~1mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述气体流量计上设有指示灯,当气体流量高于50ml/min时就会亮起。
6.根据权利要求1所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述外罩上设有的小孔对称分布,且都用网丝罩上,网丝孔为小六边形,小六边形的边长为0.2mm~0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样装置,其特征在于,所述螺旋取样管的螺旋半径为40mm~65mm,高度为180mm~210mm,螺旋管圈数为4~6个。
8.一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样方法,其特征在于,包括如下步骤:
空气经过冷却后由进气管被抽入储气箱内;
空气从储气箱进入螺旋取样管,管壁上的氟化聚丙烯纤维膜对空气中的二噁英进行吸附提取;
将螺旋取样管取下,利用加速溶剂萃取法对附着在氟化聚丙烯纤维膜上的二噁英进行萃取。
9.根据权利要求8所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样方法,其特征在于,二噁英被萃取后,先让氟化聚丙烯纤维膜与含柠檬烯的水接触或者利用清洗液对该膜进行逆洗,然后将水喷洒至该膜上进行清洗,清洗之后再对该膜进行干燥处理。
10.根据权利要求8所述的一种基于膜吸附的便携式空气二噁英取样方法,其特征在于,所述加速溶剂萃取法的试剂选用二氯甲烷或者己烷/二氯甲烷,萃取时温度在50℃~200℃内;萃取压力在6MPa~20MPa内,萃取时间为15min~30min。
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