專利名稱：富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的采樣用半透膜及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的采樣用半透膜及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著越來(lái)越多的有機(jī)污染物排放進(jìn)入環(huán)境造成重要河流、湖泊、海洋等水體的環(huán)境質(zhì)量惡化，可利用水資源逐漸減少，水環(huán)境中有毒有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)成為環(huán)境化學(xué)中十分重要的研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也是制定有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)。
二十世紀(jì)八十年代基于脂溶性化合物可以從水相中被動(dòng)擴(kuò)散到脂相，一些學(xué)者和研究人員提出了開(kāi)發(fā)能夠模擬有機(jī)化合物生物富集作用的半透膜被動(dòng)采樣裝置(Semi-PermeableMembrane Device，SPMD)。Bryne和Ayloff于1980年申請(qǐng)了一項(xiàng)發(fā)明專利，即裝置內(nèi)含非極性溶劑，僅允許水中的中性分子以被動(dòng)擴(kuò)散方式跨膜進(jìn)入，稱為半透膜裝置(British Patent，No.1566253，1980)。1987年，Sodergren等將正己烷放置于纖維素透析袋中，用于環(huán)境中疏水性污染物(如DDT、DDE、PCBs等)的分離和富集(Environmental Science and Technology，1987)。此后，Johnson、McEachren等各自設(shè)計(jì)了不同的內(nèi)裝溶劑的被動(dòng)采樣裝置用于水環(huán)境中有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)(Environmental Science and Technology，1991，201stMeeting of theAmerican Chemical Society，1991)。半透膜采樣技術(shù)克服了傳統(tǒng)水樣采集方法如液液萃取、固相萃取等顯示樣本數(shù)據(jù)為瞬時(shí)值和代表性差，某些痕量有毒有機(jī)污染物由于濃縮倍數(shù)不夠而無(wú)法檢出等缺陷，在被動(dòng)采樣同時(shí)考慮時(shí)間權(quán)重，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，從而使采樣結(jié)果具有環(huán)境整體的代表性。但是以有機(jī)溶劑作為富集介質(zhì)的半透膜采樣裝置，由于溶劑對(duì)膜的強(qiáng)滲透性，使其在采樣期間容易流失。Huckins等人設(shè)計(jì)的三油酸甘油酯(Triolein)-SPMD構(gòu)型中半透膜的通透性與生物膜相似，內(nèi)含的Triolein是水生生物體內(nèi)的典型類脂，不僅制備采樣器時(shí)能均勻涂布，而且在采樣時(shí)污染物能在其中均勻擴(kuò)散，又可以克服內(nèi)置有機(jī)溶劑對(duì)膜的強(qiáng)滲透性(Environmental Science and Technology，1993)另外Pekol和Cox還嘗試了用微胞膠態(tài)分子團(tuán)代替有機(jī)溶劑，外包纖維素酯透析膜，制備SPMD采樣器(Environmental Science& Technology，1995)。但是這類SPMD方法在采樣結(jié)束后，要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的有機(jī)溶劑透析及旋蒸濃縮等后處理步驟，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)由于大量有毒有機(jī)溶劑的使用，不可避免有機(jī)溶劑的二次污染。為了克服已有的半透膜采樣裝置的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一操作簡(jiǎn)單的新型富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的半透膜采樣裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的半透膜采樣裝置，其中的內(nèi)置富集溶劑在半透膜內(nèi)可以均勻分布且在采樣過(guò)程中不易溶失，采樣結(jié)束后可直接進(jìn)行分析檢測(cè)避免有機(jī)溶劑透析及濃縮等繁瑣的后處理步驟。實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作過(guò)程的“綠色化”。
技術(shù)方案本發(fā)明裝置包括一薄長(zhǎng)帶狀的低密度聚乙烯(LDPE)膜套管，不含任何增塑劑和其它添加劑，厚度在70-95μm，表面具有直徑約5-10的瞬間微孔，其孔徑大小與許多環(huán)境污染物的大小接近，因此那些分子量較小的溶解態(tài)的有機(jī)物可以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入膜內(nèi)。裝置的膜管表面積與內(nèi)容溶劑體積之比SA-V為70～100cm2/1ml。膜管內(nèi)含的富集介質(zhì)為“綠色”溶劑1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽或1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，此溶劑對(duì)水和空氣穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有蒸汽壓不揮發(fā)，并且具有一定的粘度，可以使其在半透膜內(nèi)均勻涂布，而且它的熔點(diǎn)很低小于零攝氏度，分解溫度在300℃以上，因此使采樣裝置適用于不同的水溫環(huán)境。將該半透膜置于一固定裝置內(nèi)可用于水環(huán)境中多環(huán)芳烴類污染物的富集。另外本裝置的富集溶劑在采樣結(jié)束后，可直接取出適用于液相色譜分析。半透膜如圖1所示。
以具有獨(dú)特性質(zhì)的“綠色”溶劑離子液體1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽或1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸鹽(簡(jiǎn)稱IL)作為內(nèi)置溶劑來(lái)富集有機(jī)污染物是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及技術(shù)特點(diǎn)所在。


圖1是本發(fā)明的半透膜的結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明的半透膜富集污染物過(guò)程示意圖本發(fā)明的有益效果我們將本發(fā)明的半透膜被動(dòng)采樣裝置同傳統(tǒng)的(Triolein)-SPMD相對(duì)比進(jìn)行了黃河蘭州段水體中多環(huán)芳烴污染物的富集實(shí)驗(yàn)，在采樣周期內(nèi)兩種采樣裝置對(duì)所研究的幾種多環(huán)芳烴的檢出濃度相當(dāng)，但本發(fā)明在采樣結(jié)束后可以將富集溶劑直接取出進(jìn)行分析，同(Triolein)-SPMD的有機(jī)溶劑透析、濃縮及定容的后處理相比，不僅節(jié)省了兩天的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，更重要的是避免了大量有毒有機(jī)溶劑的使用帶來(lái)的二次污染及其對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的危害。
具體實(shí)施例方式
操作時(shí)先按照方法的SA-V之比，量取符合實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度要求的LDPE膜管，剪切時(shí)必須在所要求的長(zhǎng)度上加上兩端封口所需的長(zhǎng)度(例如2-3cm，該段長(zhǎng)度不記入SA-V比值)；取一定比例的富集溶劑裝入LDPE膜管，之后用軟塑料瓶壓著膜管輕輕的來(lái)回滾動(dòng)幾次，趕出管內(nèi)的氣泡，使IL在管內(nèi)達(dá)到分布均勻；用塑料熱封儀將端口熱封，每個(gè)端口應(yīng)至少封三道口，也可將端口封成一個(gè)環(huán)扣，便于安裝于SPMDs固定裝置上。
采樣時(shí)，將整個(gè)SPMD裝置放置水面下1米處，在水環(huán)境中，污染物的傳質(zhì)機(jī)理如下圖所示，污染物從外水相擴(kuò)散到半透膜的外表面上；由于半透膜有一定的空隙，污染物在膜內(nèi)外表面濃度差的作用下可以滲透到半透膜的內(nèi)表面，與半透膜內(nèi)的富集溶劑作用；溶劑與污染物作用形成復(fù)合物后繼續(xù)向IL內(nèi)部擴(kuò)散，而溶劑分子也很快補(bǔ)充到半透膜的內(nèi)表面，從而繼續(xù)保持在界面上有較高的濃度差，直到最終達(dá)到污染物在水相、膜表面及內(nèi)部溶劑相中的分配平衡，完成整個(gè)富集過(guò)程(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3分別為上述三個(gè)傳質(zhì)過(guò)程的阻力)，如圖2所示。
富集一定時(shí)間后，取出裝置，清除膜管表面的污垢，剪開(kāi)膜管，直接取出內(nèi)置溶劑進(jìn)行污染物的分析檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和采樣時(shí)間利用其相應(yīng)的理論模型可推算出采樣期內(nèi)水環(huán)境中污染物的平均濃度。其理論模型為Cw＝Ci/Kiw(1-exp(-keT))ke即，koKmwA/KiwVt指化合物在富集過(guò)程中的交換系數(shù)Ci富集溶劑中的污染物濃度(g/L)；Cw水環(huán)境中的污染物濃度(假設(shè)水環(huán)境中化合物濃度保持不變)(g/L)；Kiw富集溶劑/水分配平衡系數(shù)；ko總的傳質(zhì)系數(shù)(以速度表示(cm or m/s))；ASPMD的膜表面積(m2)；Kmw化合物的LDPE膜/水分配平衡系數(shù)；T采樣時(shí)間(s)；Vi富集溶劑的體積(L)；其中模型中的各污染物的參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室流動(dòng)相實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的采樣用半透膜，其特征在于厚度為70-95μm，表面具有直徑5-10的瞬間微孔的低密度聚乙烯膜套管內(nèi)，置入富集介質(zhì)1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽或1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，膜管表面積與內(nèi)容溶劑體積之比SA-V為70-100cm2/1ml。
2.如權(quán)利要求1所述的富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的采樣用半透膜的應(yīng)用，將該半透膜置于一固定裝置內(nèi)可用于水環(huán)境中多環(huán)芳烴類污染物的富集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富集水環(huán)境中有機(jī)污染物的采樣用半透膜及其應(yīng)用。本發(fā)明裝置包括一薄長(zhǎng)帶狀的低密度聚乙烯(LDPE)膜套管，厚度在70－95μm，表面具有直徑約5－10的瞬間微孔，裝置的膜管表面積與內(nèi)容溶劑體積之比SA－V為70～100cm
文檔編號(hào)B01D69/04GK1804575SQ20051013364
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者戴樹(shù)桂, 趙文巖, 韓萌, 徐建, 王平 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)