技术领域
[0001] 本
发明涉及一种环境监测及
水体
沉积物中微塑料分离技术领域，特别是关于一种利用静电技术对微塑料进行分离的装置。
背景技术
[0002] 塑料材料自发明以来，由于其良好的性能，得到了人们广泛的应用。但是，被废弃的塑料产品，会长时间积累在环境中，受物理、化学作用
破碎成小的塑料碎片，而且能够进行远距离迁移，一部分塑料废弃物在
风力、降水、河流流动等作用下进入海洋环境，经阳光
辐射、
生物侵蚀、潮汐和海浪冲刷等物理作用下破碎成更小的碎片。目前，人们把这些尺寸大小在1nm至5mm的塑料材质
纤维、颗粒和碎片定义为微塑料。微塑料在海洋环境中广泛分布，由于其较大的
比表面积，更易
吸附有机污染物和重金属。同时，微塑料容易被海洋生物摄取，造成危害。微塑料正逐渐作为一种新型的环境污染物引起人们广泛的关注。
[0003] 开展微塑料污染研究，关键的一步在于环境样品中微塑料的分离提取。目前，对于漂浮在水面上的微塑料通过过滤进行收集，沉积物或
土壤等固体样品中微塑料的分离主要通过Thompson等提出的
密度分选法，使用NaCl溶液从沉积物中分离微塑料，但该方法只适用于密度小于1.2g/cm3的
聚合物，不能分离密度较高的聚合物，Liebezeit等和Corcoran等分别使用高密度盐氯化锌和多钨酸钠成功提取了高密度聚合物，但样品分析量和分析成本较高。Nuelle等用两步分选法，流化预提取解决了相应的问题，但是操作程序繁琐。微塑料的提取分离没有标准化和系统化的方法。目前，对于微塑料的定性分析主要有扫描电镜、
电子显微镜扫描、红外
光谱、拉曼光谱、
热解吸气相色谱-质谱等，普遍存在分析成本较高的问题。因此，对微塑料进行简单分离，对于后续的分析提供更多的便利。
[0004] 静电分选技术是一种比较成熟的分选手段，上世纪中叶开始，静电分选就已经被应用于
煤与
矿石的分选，自上世纪70年代以来，学者们开始研究静电分选技术应用于混合塑料的分选，静电分选技术是干法工艺，没有用水二次污染之忧，而且操作简便，没有繁琐的提取程序，可以直接将不同的微塑料分开。
[0005] 微塑料正在成为海洋环境研究中的热点，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，所以提取分离方法的开发和改进尤为关键，这也是将来海洋环境监测的
基础。开发一种简便可靠适用性广的提取分离方法，具有重要的实际意义和应用价值。
发明内容
[0006] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用静电技术对微塑料进行分离的装置，该装置通过静电技术对不同的微塑料进行分离，大大减少了人工提取分离的工作量，提高了分离效率。
[0007] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用静电技术对微塑料进行分离的装置，其特征在于：它包括
箱体，以及设置在所述箱体内的进料器、料槽、高压复合
电极、传
辊筒电极、V型料斗、分离
电场装置、高压电源、第一收集槽、第二收集槽、第三收集槽和第四收集槽；所述进料器出口下方设置有所述料槽，所述料槽末端与所述传辊筒电极左侧连接；位于所述传辊筒电极右侧斜上方设置有所述高压复合电极，所述高压复合电极与所述高压电源连接，所述传辊筒电极接地；所述传辊筒电极与所述高压复合电极之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子；位于所述传辊筒电极下方设置有所述V型料斗，所述V型料斗下部与用于产生水平方向电场力的所述分离电场装置连接，所述分离电场装置由所述高压电源供电；位于所述分离电场装置一
侧壁由上至下依次设置有所述第一收集槽、第二收集槽、第三收集槽和第四收集槽。
[0008] 进一步，所述V型料斗左侧上部设置有挂刷，所述挂刷端部与所述传辊筒电极
接触。
[0009] 进一步，所述进料器采用直槽式进料器。
[0010] 进一步，所述传辊筒电极经
转轴设置在所述箱体内，辊筒壁接地。
[0011] 进一步，所述传辊筒电极采用
钢材料，并在其表面
镀铬制成。
[0012] 进一步，所述高压复合电极采用复合弧形电极。
[0013] 进一步，所述高压复合电极的
曲率半径远小于所述传辊筒电极的
曲率半径。
[0014] 进一步，所述第一收集槽、第二收集槽、第三收集槽和第四收集槽外部均设置有计数器。
[0015] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将微塑料的提取过程简化为一个装置的运行过程，大大减少了人工提取分离的工作量。2、本发明将微塑料混合物进行分离，可以得到较为纯净的不同材质的微塑料，可以为后续的分析提供更多的便利。3、本发明优化了静电发生装置和静电分离装置，进一步提高了分离效率。4、本发明原理简单，装置的成本低，适用范围广，有利于进一步推广。
附图说明
[0016] 图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
[0017] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”“上”、“下”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和
实施例对本发明进行详细的描述。
[0018] 如图1所示，本发明提供一种利用静电技术对微塑料进行分离的装置，该装置包括箱体，以及设置在箱体内的进料器1、料槽2、传辊筒电极3、高压复合电极4、高压电源5、V型料斗6、分离电场装置7、第一收集槽A、第二收集槽B、第三收集槽C和第四收集槽D。
[0019] 进料器1出口下方设置有料槽2，料槽2末端与传辊筒电极3左侧连接。位于传辊筒电极3右侧斜上方设置有高压复合电极4，高压复合电极4与高压电源5连接，传辊筒电极3接地；传辊筒电极3与高压复合电极4之间形成静电场，使空气发生电离，产生大量电子。位于传辊筒电极3下方设置有V型料斗6，V型料斗6下部与用于产生水平方向电场力的分离电场装置7连接；分离电场装置7由高压电源5供电。位于分离电场装置7一侧壁由上至下依次设置有第一收集槽A、第二收集槽B、第三收集槽C和第四收集槽D。
[0020] 使用时，材质不同的微塑料经进料器1落入料槽2，通过料槽2微塑料向前运动，进入传辊筒电极3与高压复合电极4之间形成的静电场，使微塑料通过静电场后带上电子，落入V型料斗6后进入分离电场装置进行分离。由于材质不同的微塑料的荷质比不同，故在电场中的飞行轨迹不同，从而进行分离。荷质比大的微塑料受到较大的电场力和偏移迅速，进入位于上部的收集槽，荷质比小的微塑料则运动到下部的收集槽，从而达到不同微塑料之间的分离。
[0021] 上述实施例总，位于V型料斗6左侧上部设置有挂刷8，挂刷8端部与传辊筒电极3接触；用于将传辊筒电极3上的微塑料刷掉落入V型料斗6内。
[0022] 上述各实施例中，进料器1采用直槽式进料器，以保证微塑料能够平缓的进入静电场。
[0023] 上述各实施例中，传辊筒电极3经一根转轴设置在箱体内，辊筒壁接地。传辊筒电极3采用钢材料，并在其表面镀铬制成。工作时，该传辊筒电极3顺
时针旋转，工作转速在0～500r/min可调。在本实施例中，传辊筒电极3的直径优选为300mm，长度优选为450mm。
[0024] 上述各实施例中，高压复合电极4采用复合弧形电极，高压复合电极4的曲率半径远小于传辊筒电极3的曲率半径，即两者之间曲率半径相差较大，进而使得两者之间产生的静电场为不均匀电场。
[0025] 上述各实施例中，高压复合电极4的工作
电压调节范围为5kv—30kv；并在高压复合电极4与高压电源5之间设置有过载保护，当施加的电压高于35kv时，会自动断开，保护装置。
[0026] 上述各实施例中，高压复合电极4与传辊筒电极3之间的距离可以通过设置在箱体外部的手轮进行调节。电极与辊筒之间的距离由
齿轮齿条传动机构实现与接地辊筒之间间隙和
角度的调整，齿
轮齿条
支撑在箱体上，通过箱体外手轮的转动来调节高压复合电极4与接地辊筒之间的间隙。
[0027] 上述各实施例中，分离电场装置7内左侧极板与高压电源5连接，右侧极板接地，两极板之间形成分离电场，最高工作电压为30kV。
[0028] 上述各实施例中，在第一收集槽A、第二收集槽B、第三收集槽C和第四收集槽D外部均设置有计数器8，用于对于收集到的微塑料颗粒数量进行统计。在本实施例中，每个收集槽的高度均设置为20cm。
[0029] 综上所述，本发明的工作原理为：利用曲率半径相差很大的两电极之间施加高电压，形成不均匀电场，高压复合电极4附近发生电晕放电，从而使空气电离，产生大量的正、负离子，他们将分别向与之极性相反的电极运动，在电晕区以外的空间电荷——负离子和电子，它们在电场力的作用下，向正电极高速运动，当碰撞到待分选微塑料时，便失去自身速度而附着在微塑料上，从而使微塑料带电。由于微塑料的电性差异造成了荷电量的不同，在随后的运动中，不同的微塑料电荷消散的速率不同，从而使得最终不同微塑料上的电荷量不同。微塑料带电之后，进入新的静电场(分离电场)，电荷量不同所受到水平方向的电场力不同，飞到极板上的时间不同，在垂直方向运动的距离不同，进入高度不同的收集槽，将不同的微塑料分开收集，达到分离的目的。其中：
[0030] (1)微塑料在电晕电场中的荷电量是时间的函数，微塑料的荷电量为：
[0031]
[0032] 式中，Qt为微塑料在电晕电场中t时间内获得的电量；ε为
介电常数；R为物料的粒径；E为电场强度；n为电场中离子密度；e为电子电荷；K为离子迁移率。
[0033] (2)带电物料在电场中的受力：
[0034] 在电场中，带点颗粒受到电场力Fe，自身重力G，
空气阻力，带电颗粒之间的库仑力以及其他作用力影响。在此做出如下假设:空气阻力忽略不计；颗粒在电场中电荷量保持不变；颗粒间的库仑力忽略不计。这样一来，带电颗粒的受力就可以简化为水平方向的电场力，和垂直方向上的重力。电荷量不同的颗粒，受到的电场力不同，飞到极板的时间不同，竖直方向上飞行的距离也就不同，进而落入不同的收集槽中，达到分离的目的。
[0035] 下面通过实施例对本发明的技术方案及效果作进一步说明。以下各实施例中，优选工艺参数为：高压复合电极4的工作电压为20kV，高压复合电极4与传辊筒电极3之间的电极角度为45°，高压复合电极4与传辊筒电极3之间的距离为130mm；传辊筒电极3的转动速度为120rpm，分离电场装置7的工作电压为20kV。
[0036] 实施例1：
[0037] 将10g聚乙烯、10g聚氯乙烯塑料
薄膜剪成5mm的碎片，混合在一起配成混合物料。将参数设定为上述优选工艺参数，然后对配好的混合物料进行分离，最后对不同的收集槽中的微塑料进行重量分析，比较分离效率。第一次运行结束后，在上部的收集槽中收集到聚乙烯薄膜8.9g，下部的收集槽为聚氯乙烯薄膜9.2g。对中间的收集槽的混合物料再进行两次分离，最后的聚乙烯薄膜
质量为9.3g，回收率93％，聚氯乙烯薄膜质量9.2g，回收率92％，中间料槽混合物料1.2g，损失率6％，分离效果良好。
[0038] 实例2：
[0039] 将10g聚氯乙烯、10g聚乙烯、10g聚丙烯塑料薄膜剪成5mm的碎片，配成混合物料进行分离。将上述优选工艺参数中的分离电场的电压调为25kV，对料槽中不纯净的物料进行多次分离之后，上部的收集槽得到聚乙烯9.1g，中部的收集槽得到聚丙烯8.8g，下部的收集槽得到聚氯乙烯9.0g，无法分离的物料2.0g，分离效果良好，损失的物料在接受范围之内。
[0040] 上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
