一种低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置

本发明涉及环境污染物检测前处理，尤其是涉及一种低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置。

背景技术：

1、新污染物（如抗生素、全氟化合物、重金属等）在天然水体中呈痕量存在，其生态风险与健康危害已成为环境领域的研究热点。此类污染物通常以两种形态存在：一为游离态，二为与溶解性有机质（dissolved organic matter, dom）通过络合、吸附等作用形成的结合态。其中，此类污染物含量极低（通常为ng/l~μg/l级别）且水体基质复杂，传统富集方法难以将其高效分离。

2、为满足新污染物监测与风险评估的需求，通常需要先将水体中的游离态污染物转化为结合态污染物再进行富集。然而，传统无电场驱动的渗透压扩散法虽可实现游离态污染物向结合态污染物的转化，但存在结合平衡时间长、结合态占比低等缺陷，难以在痕量水平下快速获得足量的结合态污染物样品。

3、因此，本领域需要一种能够将水体中痕量水平游离态污染物快速、高效地转化为结合态污染物，并将其截留累积于富集区，从而获得满足后续检测要求的结合态污染物样品的富集分离装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置，以缓解上述技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置，包括：

3、反应单元，包括依次设置的阳极区、富集区、阴极区；

4、所述阳极区，用于容纳含有金属离子的待处理液体，内部设置有惰性阳极；

5、所述阴极区，用于容纳含有抗生素的待处理液体，内部设置有惰性阴极，以使所述惰性阳极和所述惰性阴极之间接通直流电源时，所述反应单元内部形成电压不高于30v的电场，所述电场驱动带负电的抗生素向所述惰性阳极迁移，带正电的金属离子向所述惰性阴极迁移；

6、所述富集区，用于容纳溶解性有机质，并通过第一半透膜与所述阳极区相隔，通过第二半透膜与所述阴极区相隔，其中，所述第一半透膜、所述第二半透膜将所述溶解性有机质截留在所述富集区中，且允许所述金属离子、所述抗生素通过；

7、在所述电场的驱动下，所述抗生素通过所述第二半透膜进入富集区，所述金属离子通过所述第一半透膜进入富集区，所述溶解性有机质与进入富集区的金属离子和/或抗生素结合生成所述结合态污染物，所述结合态污染物包括二元结合态污染物、三元结合态污染物，并被截留累积在所述富集区中。

8、进一步地，还包括电场控制单元，其中，所述电场控制单元包括所述直流电源、监测模块、电场强度调节模块，并在恒压模式或恒流模式下对所述反应单元内部电场进行控制：

9、所述直流电源，用于为所述惰性阳极、所述惰性阴极供电，并在所述反应单元内部形成所述电场；

10、所述监测模块，用于监测所述直流电源施加在所述惰性阳极、所述惰性阴极之间的电压大小，以及所述直流电源输出的电流大小；

11、所述电场强度调节模块，用于调节所述反应单元中的电场强度。

12、进一步地，所述低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置包括：

13、所述直流电源所输出的电压范围为0~30v，电流范围为0~1a；

14、所述反应单元中电场强度的调节范围为0.1~10v/cm。

15、进一步地，还包括温度控制单元，其中，所述温度控制单元包括水浴槽、温度控制模块：

16、所述水浴槽，用于为所述反应单元提供恒温水浴环境；

17、所述温度控制模块，用于调节所述水浴槽的水浴温度。

18、进一步地，所述温度控制模块的水浴温度控制范围为10~40℃，控制精度为±0.5℃。

19、进一步地，所述第一半透膜、所述第二半透膜的截留分子量均为1000da。

20、进一步地，所述低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置包括：

21、所述阳极区、所述阴极区的底部均设置有磁力搅拌装置，以提高所述金属离子、所述抗生素在所述反应单元中的迁移速率，并提高所述结合态污染物的生成速率；

22、所述富集区设置有ph监测探头，所述ph监测探头采用聚四氟乙烯填料函进行密封，用于监测所述富集区中液体的ph；

23、所述富集区设置有电导率监测探头，所述电导率监测探头采用聚四氟乙烯填料函进行密封，用于监测所述富集区中液体的电导率。

24、进一步地，所述低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置包括：

25、所述反应单元的主体材料为聚四氟乙烯或有机玻璃；

26、所述惰性阳极为铂电极或掺硼金刚石电极；

27、所述惰性阴极为石墨电极或钛电极；

28、所述第一半透膜、所述第二半透膜均为醋酸纤维素半透膜或聚醚砜半透膜。

29、进一步地，所述阳极区和所述阴极区的容积相同，均为100~500ml，所述富集区的容积为50~200ml。

30、进一步地，所述低压电场驱动耦合膜分离的结合态污染物富集装置包括：

31、所述阳极区设置有第一进样口，所述阴极区设置有第二进样口，可通过所述第一进样口和/或所述第二进样口向所述反应单元内部投放所述待处理液体；

32、所述富集区设置有第三进样口、取样口，其中，所述第三进样口用于投放所述溶解性有机质，所述取样口用于对所述富集区中的液体进行取样。

33、本发明实施例带来了以下有益效果：

34、（1）本发明通过直流电源在惰性阳极与惰性阴极之间形成电场，电场驱动带正电的金属离子向阴极侧迁移、带负电的抗生素向阳极侧迁移，使阳极区、阴极区中的游离态污染物沿电场方向主动定向输送至富集区，突破了传统无电场驱动的渗透压扩散法仅依赖浓度梯度被动扩散的限制，迁移速率显著提高；富集区预置的溶解性有机质与进入的金属离子和/或抗生素原位结合，生成二元、三元结合态污染物，结合态污染物因分子量增大而被半透膜截留并累积于富集区中，实现了结合态污染物的高效富集。

35、（2）本发明通过电场驱动实现游离态污染物的主动定向迁移，配合半透膜对结合态污染物的截留累积，缩短了结合平衡时间，提升了前处理效率。

36、（3）本发明利用半透膜的选择透过性，允许金属离子、抗生素等游离态污染物通过，将溶解性有机质及结合态污染物截留在富集区中，有效实现了游离态污染物与结合态污染物的分离，避免复杂水体基质对检测的干扰。

37、（4）本发明采用电压不高于30v的低压电场驱动，运行安全性高，能耗低，适合现场及实验室推广应用。

38、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点基于说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构实现和获得。

39、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。