一种分离土壤中微塑料的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202111120140.9 | 申请日 | 2021-09-24 | 公开(公告)号 | CN114011566B | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 佛山科学技术学院; | 发明人 | 梁琪椿; 李浩亮; 施卫明; 萧洪东; 陈文胜; 喻敏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种分离 土壤 中微塑料的方法，属于微塑料分离技术领域，其包括以下步骤：S1：土样制备；S2：震荡；S3：消解；S4：浮选：加入浮选液进行超声分散；S 5：离心；S6：过滤；S7：二次离心；S8：镜检分析。本发明操作简单，在消解前进行震荡处理，在浮选过程中进行超声处理，有效缩短分离时间，提高分离效率，且上述操作流程简单，成本较低，方便研究人员进行操作，具有较好的实用性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种分离土壤中微塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种分离土壤中微塑料的方法技术领域[0001] 本发明属于微塑料分离技术领域，尤其涉及一种分离土壤中微塑料的方法。 背景技术[0002] 随着人类社会的发展，塑料被广泛应用于各个领域，其产量和废弃量亦逐年递增，由于塑料的难降解特性，在陆地和水生环境解体后，形成微塑料，散布于环境中，造成环境污染。微塑料是一种粒径小于5mm的固体颗粒，其具有不溶性和持久性，根据形态主要分布为球形颗粒、薄膜、碎片和纤维。有相关研究表明微塑料进入土壤后，积累到一定程度则会影响土壤性质、土壤功能及生物多样性，进而影响作物生长，对生态系统的安全性构成重要威胁，微塑料易造成水生动物进食器官的堵塞，造成身体伤害，并且许多微塑料中含有有毒物质，这些有毒物质随着微塑料被吞食而释放出来，并进入生物体内，造成生态毒害作用。因此，对土壤中微塑料的回收、分析显得尤为重要。 [0003] 目前，对土壤中微塑料分离多采用密度浮选法，即通过目标组分与杂质的密度差异实现轻组分微塑料与重组分杂质的分离，其主要是通过分离和消解提取土壤中的微塑料。由于传统的根据密度原理浸泡分离的方法程序繁琐、效率不高，因而有研究人员对现有的土壤中微塑料分离方法进行改进，例如专利CN111426545A公开一种快速分离土壤中微塑料的方法，其将土壤样品进行前消解、密度分离浮选、氧化消解处理等步骤，实现微塑料的分离，在原有方法的基础上增加前消解处理，有效提高分离效果。但上述方法消耗时间长，且容易对微塑料的性能产生影响，面对大规模的土壤污染，要进行有效的微塑料分离，效果不佳。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提供一种分离土壤中微塑料的方法，克服现有技术对土壤中微塑料提取繁琐耗时、效率低下、回收率低等问题，为环境土壤中微塑料污染的研究提供更为简单可行的方法。 [0005] 本发明是通过以下技术方案实现： [0006] 一种分离土壤中微塑料的方法，其包括以下步骤： [0008] S2：震荡：取定量试样置于消化管中，并充分震荡1h； [0009] S3：消解：将震荡后的消化管置于石墨消解仪中，加入消解液进行消解，依次40℃消解2h、60℃消解3h和70℃消解2h； [0010] S4：浮选：将消解后的消化管置于试管架中，加入浮选溶液，搅拌均匀，超声分散，静置； [0011] S5：离心：当溶液明显分层后，继续通入浮选溶液至上层液体溢出，装入离心管，离心处理； [0012] S6：过滤：将上层液体倒入微孔滤膜中过滤，加入消解液消解，冲入超纯水，取滤膜于玻璃培养皿中放入烘箱烘干； [0013] S7：二次离心：消化管内余下液体静置分层后，通入浮选液至溢出到烧杯中，溢出液离心烘干过滤； [0014] S8：镜检分析：对附着在微孔滤膜上的微塑料进行表征，并与图谱进行对比。 [0015] 优选地，在步骤S2中，震荡过程中的震荡器速度为300r/min以上。 [0016] 优选地，在步骤S3中，消解液为浓H2SO4和H2O2体积比1:4的混合溶液。 [0017] 优选地，在步骤S4中，所述浮选溶液为饱和NaCl溶液和饱和NaI溶液体积比2:1的混合溶液。 [0018] 优选地，在步骤S4中，还加入有不少于2mL的正丁醇。 [0019] 优选地，在步骤S4中，所述超声分散时间不低于1h，超声频率为28KHz。 [0020] 优选地，在步骤S6中，所述微孔滤膜为0.22um的耐酸耐碱的聚四氟乙烯微孔滤膜。 [0021] 优选地，在步骤S6中，消解液选择质量百分比为30％的H2O2溶液，在上层液体中加入5mL H2O2溶液消解10min。 [0022] 优选地，在步骤S1中，击碎后的土样由孔径为1mm的土壤筛进行筛分处理。 [0023] 优选地，在步骤S5和S7中，离心处理采用10000r/min常温离心10min。 [0024] 与现有技术对比，本发明具有以下技术效果： [0025] 1、本发明提出一种利用浮选与超声分散相结合的方法对土壤中微塑料颗粒进行分离，其操作简单，在消解前进行震荡处理，在干样的情况下，土样撞击关闭和土样间摩擦，降低土样孔隙和减少土样颗粒团聚，使土壤分散得更均匀；在浮选过程中进行超声处理，利用超声的空化作用使包裹在微塑料表面的土壤进一步脱落，带动微塑料颗粒上浮，并且使土壤与浮选的悬浊液更加分散，有效缩短操作时间，提高分离效率。 [0028] 图1为本发明的操作流程图； [0030] 图3为本发明的实施例4中土壤样品在60‑70℃消解至土样变干后的红外光谱图； [0031] 图4为本发明的实施例4中土壤样品未进行消解过程的红外光谱图。 具体实施方式[0032] 为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明不仅限于下面的实施例。 [0033] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可方便获得。 [0034] 实施例1 [0035] 如图1所示，本发明提供一种分离土壤中微塑料的方法，包括以下步骤： [0036] S1：土样制备；采用对角线法、梅花点法或蛇形线法采集地块土壤，充分混合均匀，自然风干，重锤击碎后四分法取土样过1mm土壤筛，去除枯枝落叶等杂质，捡出肉眼可见的塑料，过筛后的土样装入玻璃瓶备用。 [0037] S2：震荡：取10g土样于100mL消化管里，管口加塞后在数显调速震荡器以300r/min以上充分震荡1h，降低土样孔隙和减少土样颗粒团聚。 [0038] S3：消解：把消化管置于石墨消解仪，常温条件下沿管壁缓慢加入8mL浓H2SO4和32mL H2O2溶液作为消解液，并冲下管壁上的土样，加入2mL的正丁醇抑制气泡膨大，气泡剧烈时可多加2ml，手动搅拌30min后，在管口加小漏斗设置石墨消解仪三个阶段升温的消解条件分别为40℃2h、60℃3h和70℃2h，土样依次通过三个温度消解，并在通风橱内消煮至消解液接近没有，以消除附着在微塑料表面或嵌入微塑料孔隙的有机质等杂质，而且不改变微塑料的理化性能。 [0039] S4：浮选：浮选分为三个阶段；首先把消化管置于试管架中，缓慢加入40mL饱和NaCl溶液：饱和NaI溶液体积比为2:1的浮选溶液，在电动匀浆器作用下搅拌30min，接着放在超声机里超声分散1h，超声赫兹为28KHz，最后取出消化管置于烧杯中继续通入30mL浮选液，静置约6h至溶液明显分层。 [0040] S5：离心：待溶液明显分层后，继续缓慢通入浮选液接近管口，静置10min至消化管内溶液分层稳定，持续缓慢加入浮选液把消化管上层澄清液体溢出至烧杯内，而消化管内液体继续静置约30min，将烧杯内液体分装入50mL离心管中，烧杯清洗液也入离心管，于10000r/min常温离心10min，得上层清澈液体。 [0041] S6：过滤：微孔滤膜选择0.22um聚四氟乙烯微孔滤膜，将微孔滤膜放置在漏斗中，漏斗下是锥形瓶，把上层液体倒入微孔滤膜中过滤，加入5mL质量百分比为30％的H2O2继续消解10min，然后少量多次冲入超纯水，充分洗涤和过滤微塑料，取滤膜于玻璃培养皿中放入烘箱60℃烘干1h。 [0042] S7：二次离心：待消化管内余下液体静置分层后，继续通入浮选液至溢出到烧杯中，用浮选液清洗消化管外壁入烧杯中同样分装入离心管中，烧杯清洗液也入离心管再次离心得上清液过滤烘干。 [0043] S8镜检：把烘干的疑似微塑料颗粒，利用扫描电镜和傅里叶红外变换光谱进行微塑料表征，所得图谱与系统谱库进行对比，匹配率大于70％可判定为微塑料。 [0044] 基于上述方法步骤，经过多次实验，进一步优化震荡、消解、超声和离心等每个步骤的时间，控制在16‑18h内完成微塑料的分离，可有效缩短分离时间，提高微塑料的分离效率，且上述操作流程简单，成本较低，方便研究人员进行操作，具有较好的实用性。 [0045] 实施例2 [0046] 选择广东省韶关市始兴县某农田采集的土壤样品进行自然晾干，该农田常年种植水稻，没有覆膜史；用1mm孔径的土壤筛过筛后，分别取10g土样于100mL消化管里，加入粒径0.1‑0.3mm的PE和PVC微塑料颗粒各50粒，微塑料购自广东华创塑化，在震荡机上充分震荡混匀，使PE和PVC完全包覆到土壤颗粒中，自然放置10天后按照上述实施例1的步骤进行微塑料分离。同时选用同一种土壤开展对比实验，对比实验1为参照实施例1的方法步骤，但土壤不进行震荡操作，其他步骤均与实施例1相同，对土壤进行微塑料分离；对比实验2为参照实施例1的方法步骤，但土壤不进行浮选操作，其他步骤均与实施例1相同，对土壤进行微塑料分离。所有试验微塑料分离过程在16h内，统计结果如表1、表2、表3所示。 [0047] 表1微塑料按实施例1的方法步骤操作回收结果统计 [0048] 微塑料类型 回收个数 回收率％PE(聚乙烯) 50 100％ PVC(聚氯乙烯) 49 98％ [0049] 表2微塑料未进行所述震荡操作回收结果统计 [0050]微塑料类型 回收个数 回收率％ PE(聚乙烯) 46 92％ PVC(聚氯乙烯) 47 94％ [0051] 表3微塑料未进行所述浮选操作回收结果统计 [0052]微塑料类型 回收个数 回收率％ PE(聚乙烯) 44 88％ PVC(聚氯乙烯) 42 84％ [0053] 由上述表1、表2和表3的统计结果可得，消解前震荡和浮选中超声处理能够显著提高土壤中PE和PVE的提取率，尤其是浮选操作中进行超声分散，利用超声的空化作用使包裹在微塑料表面的土壤进行脱落，带动微塑料颗粒上浮，并且使土壤与悬浮液介质更加分散。 [0054] 实施例3 [0055] 选择广东省韶关市始兴县某农田采集的土壤样品进行自然晾干，该农田常年种植水稻，没有覆膜史；用1mm孔径的土壤筛过筛后，分别取10g土样于100mL消化管里，加入粒径0.1‑0.3mm的不同类型微塑料颗粒各50粒，微塑料购自广东华创塑化，在震荡机上充分震荡混匀，自然放置10天后按照实施例1的步骤进行微塑料分离，其中浮选液的选择不同，分别选用不同比例的饱和NaCl溶液和饱和NaI溶液的混合溶液、饱和NaI溶液、ZnCI2溶液。所有试验微塑料分离过程在16h内，统计结果如表4所示。 [0056] 表4微塑料按不同浮选液操作回收结果统计 [0057] [0058] [0059] 由上表可得，浮选溶液的选择在一定程度上影响浮选效果。实际土壤微塑料的分离可以参考地膜材质和浮选结果选择浮选液，在不清楚农田背景的情况下，选用饱和NaCl溶液和饱和NaI溶液梯级比为2:1的混合溶液，以及饱和NaI溶液作为浮选液更佳。 [0060] 实施例4 [0061] 以聚乙烯PE纤维状微塑料为例，采用实施例1所述方法分离提取，同时改变各消解条件对相同数量的PE微塑料土壤样品分别分离回收，对比结果如下： [0062] 1)土壤样品依次经过40℃消解2h、60℃消解3h和70℃消解2h，图2为红外光谱图与谱库的匹配图，其匹配度为80.15％ [0063] 2)土壤样品在60‑70℃消解至土壤样品变干，图3为PE微塑料的红外光谱图与谱库匹配图，其匹配度为76.15％ [0064] 3)土壤样品未进行实施例1的消解过程的原始PE微塑料红外光谱与谱库匹配图为图4。 [0065] 其匹配度为80.89％。 [0066] 由红外图谱比对可知，三个土壤样品的特征峰值均可与标准谱线对应，强度略有不同。按照实施例1的消解条件进行消解，PE匹配度和原始PE微塑料很接近，而在60‑70℃消解条件下PE匹配度下降较多，可以看出，本发明所述的特定的消解温度和消解时间有助于微塑料分离，同时没有影响微塑料的理化性能。 [0067] 以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限定本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，应当包含在本发明的保护范围内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈