一種對揮發態砷的富集裝置及其安裝方法

2023-11-07 19:12:52 3

專利名稱：一種對揮發態砷的富集裝置及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及砷汙染環境的修複方法，尤其涉及環境中對揮發態砷的富集裝置及其安裝方法。
背景技術：
砷是一種在自然界廣泛存在的有毒並且致癌的非金屬元素，砷汙染已成為全球危害十分嚴重的環境問題之一。據報導，全球至少5000多萬人口正面臨著地方性砷中毒的威脅，其中大多數為亞洲國家，中國是受砷中毒危害最為嚴重的國家之一。在1956-1984年二十多年間，中國曾發生過30餘起地砷中毒事件。我國是砷礦大國，砷礦廣泛分布在我國的中南和西南的湖南、雲南、廣西、廣東等省區。對砷礦開採或冶煉，含砷農藥、化肥等農資產品的過量投入等，均可造成土壤中砷的累積，進而影響著植物、動物的生長和發育，並且可以通過食物鏈進入人體，對人類的生存和健康構成嚴重威脅。利用微生物來對砷汙染的水體或土壤進行修復體現出很大的發展潛力，也逐漸成為環境科學領域研究的熱點。環境中的微生物能將砷轉化為易揮發的砷化物，進而將砷釋放到空氣中。如Gerftansk^, Urik, §eve和Khun等從高砷含量的沉積物中分離得到一株具有較強生物吸收能力的耐高溫真菌，它幾乎能將所吸收的重金屬砷全部以氣態形式排到體外。人們也從砷汙染土壤中分離到三株具有高耐砷能力的真菌，如棘孢木黴(Trichoderma asperellum),微紫青黴(Penicillium janthinellum),尖抱鍵刀菌(Fusarium oxysporum),這些真菌均表現出較強的揮發砷的能力，其中前兩株真菌對砷的揮發能力是首次被發現。綜合來看，目前對揮發砷能力的真菌已有較多被分離出，並先後有報導。但是，能夠將在微生物作用下產生的揮發態含砷氣體成功捕獲或富集的技術或方法的記載還很少。因此，需要提供一種方 法，能夠有效地將在微生物作用下產生的揮發態含砷氣體捕獲或富集。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種對揮發態砷的富集裝置及安裝方法，能夠有效地捕獲或富集在微生物作用下產生的揮發態砷。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種對揮發態砷的富集裝置，包括:一個上截面具有網狀窗口的柱形殼和蓋在柱形殼下截面上的殼蓋，在柱形殼內靠近所述網狀窗口一側從上到下依次放置有帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊和帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊。優選地，柱形殼為圓柱形殼，殼蓋為圓形殼蓋，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊，帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠圓塊。優選地，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的直徑均為2.8-3.5cm，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的厚度為0.3-0.42cm。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種如前所述的富集裝置的安裝方法，包括如下步驟:在超淨環境下，首先將聚丙烯醯胺凝膠液冷凝後形成聚丙烯醯胺凝膠塊後，在所述凝膠塊上打200-220個均勻分布的微孔，形成帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊； 取一個帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊於80-130ppm的硝酸鹽溶液中固定15_25分鐘，於陰涼處晾乾，形成帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠塊；將帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊放置於一柱形殼內靠近該柱形殼的上端所具有的網狀窗口一側，在該帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊的下方放置帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠塊，然後將一殼蓋蓋在所述柱形殼的下端。優選地，柱形殼為圓柱形殼，殼蓋為圓形殼蓋，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊，帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠圓塊。優選地，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的直徑均為2.8-3.5cm，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的厚度為0.3-0.42cm。本發明利用微生物將在該微生物作用下產生的揮發態含砷氣體進行有效地捕獲或富集，它對於從定性及定量角度評價環境中微生物對砷的揮發能力有非常重要的意義。此外，該裝置和方法與微生物技術緊密結合，可被廣泛地運用於砷汙染環境的修復中。


圖1為本發明的對揮發態砷的富集裝置實施例結構示意圖；圖2為對微生物培養10天後採用本發明的富集裝置對該微生物作用下產生的揮發性砷的富集量示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和優選實施例對本發明的技術方案進行詳細地闡述。應該理解，以下列舉的實施例僅用於解釋本發明，而不構成對本發明技術方案的限制。本發明對揮發態砷的富集裝置的工作原理，主要是利用硝酸銀作為揮發態砷的吸附劑，這種吸附劑被固定於帶有微型小孔(簡稱微孔)的聚丙烯醯胺凝膠中，該凝膠層厚度為0.3-0.42cm。揮發態的砷化物遇到硝酸銀後，可迅速生成暗紅色砷酸銀沉澱。具體的化學反應方程式為:3Ag>As043_ = Ag3AsO4。本發明對揮發態砷的富集裝置實施例的結構如圖1所示，包括:一個上截面具有網狀窗口的柱形殼D和蓋在該柱形殼D下截面上的殼蓋C,在柱形殼D內靠近網狀窗口 一側從上到下依次放置有帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊A和帶有微孔且固定硝酸銀(AgNO3)的聚丙烯醯胺凝膠塊B。在上述裝置實施例中，
柱形殼D為圓柱形殼D (也可為矩柱形殼)，殼蓋C為圓形殼蓋，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊A和帶有微孔且固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠塊B均為圓塊(亦可為矩形塊)。在上述裝置實施例中，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊A和帶有微孔且固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠圓塊B的直徑均為2.8-3.5cm,圓塊A及圓塊B的厚度為0.3-0.42cm。請參照圖1，本發明對揮發態砷的富集裝置的安裝方法包括如下步驟:在超淨環境下，首先將聚丙烯醯胺凝膠液冷凝後形成聚丙烯醯胺凝膠塊，並在該凝膠塊上打200-220個均勻分布的微孔；取其中一個帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊A於80-130ppm的AgNO3溶液中固定15-25分鐘，於陰涼處晾乾，形成固定AgNO3的帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊B ；將帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊A放置於一柱形殼D內靠近該柱形殼D的上端所具有的網狀窗口一側，在該凝膠塊A的下方放置帶有微孔的且固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠塊B,然後將一殼蓋C蓋在該柱形殼D的下端。在上述本發明的富集裝置的安裝中，柱形殼D為圓柱形殼(或矩柱形殼)，殼蓋C為圓形殼蓋，帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊A為圓塊(或矩形塊)，帶有微孔的且固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠塊B相應為圓塊(或矩形塊)；在具有網狀窗口的殼D內放置未固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠圓塊A，主要是為了防止固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠圓塊B上的AgNO3 的見光分解:2AgN03 = 2Ag+2N02+02。帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊A和帶有微孔的且固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠圓塊B的直徑為2.8-3.5cm，兩個凝膠塊厚度為0.3-0.42cm。聚丙烯醯胺凝膠圓塊中的微孔及具有網狀窗口的殼D或具有網狀窗口的蓋C中的網層，主要是有助於空氣的流動。特別是將該富集裝置於搖床上旋轉培養時，隨著微生物培養液等的轉動，會帶動瓶內空氣與瓶外空氣的流通，進而將揮發出的含砷氣化物向外散出，最終於固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠上被吸附、沉澱。本發明採用上述富集裝置實施例進行了捕獲在微生物作用下揮發態砷的實驗，其實驗步驟如下:在150ml塔形瓶中分別加入含砷(As)濃度為50mg *L_1和不含As的體積均為50ml的液體PGP培養基，經121°C滅菌20min後，於上述塔形瓶的培養基中分別接種0.1ml具有揮發砷能力的真菌菌株棘孢木黴、微紫青黴以及尖孢鐮刀菌的孢子懸液；將備好的裝有聚丙烯醯胺凝膠塊的富集裝置分別置於在兩個瓶上，可參見圖1 ;將分別置有該富集裝置的兩個塔形瓶均置於25°C、140rpm的搖床中培養10_15天後，將固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠塊取出，浸泡在25%的HCl溶液中12-18h，經定容過濾後測定其總砷含量。以含As但未接種真菌的處理為對照用於決定砷的背景值；以固定AgNO3聚丙烯醯胺凝膠塊和未固定AgNO3的聚丙烯醯胺凝膠塊作為實驗所用聚丙烯醯胺凝膠的對照。各處理3次重複。在圖2中，A為培養基+As ；B為培養基+As+棘孢木黴菌；C為培養基+As+微紫青黴菌；D為培養基+As+尖孢鐮刀菌；E為培養基+棘孢木黴菌；F為培養基+微紫青黴菌；G為培養基+尖孢鐮刀菌為沒有進行砷吸附的浸過AgNO3的凝膠塊；1為沒有浸過AgN03溶液也沒有進行砷吸附的凝膠塊。
實驗結果如圖2所示，它表明:在對這些真菌培養10天後，使用該富集裝置對由這些真菌作用揮發出的含砷氣體的富集量分別為:0.08 μ g，0.09 μ g，0.07 μ g (分別如圖中a所示)，且顯著性高於不加真菌或不加砷的對照處理(分別如圖中b所示)。可見該富集裝置表現出較強的將微生物作用下產生的揮發態砷進行富集的能力。
權利要求
1.一種對揮發態砷的富集裝置，其特徵在於，包括:一個上截面具有網狀窗口的柱形殼和蓋在所述柱形殼下截面上的殼蓋，在所述柱形殼內靠近所述網狀窗口一側從上到下依次放置有帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊和帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊。
2.按照權利要求1所述的富集裝置，其特徵在於，所述柱形殼為圓柱形殼，所述殼蓋為圓形殼蓋，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊，所述帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠圓塊。
3.按照權利要求2所述的富集裝置，其特徵在於，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和所述帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的直徑均為2.8-3.5cm，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和所述帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的厚度為 0.3-0.42cm。
4.一種如權利要求1所述的富集裝置的安裝方法，包括如下步驟: 在超淨環境下，首先將聚丙烯醯胺凝膠液冷凝後形成聚丙烯醯胺凝膠塊後，在所述凝膠塊上打200-220個均勻分布的微孔，形成帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊； 取一個帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊於80-130ppm的硝酸鹽溶液中固定15-25分鐘，於陰涼處晾乾，形成帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠塊； 將所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊放置於一柱形殼內靠近該柱形殼的上端所具有的網狀窗口一側，在該帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊的下方放置帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠塊，然後將一殼蓋蓋在所述柱形殼的下端。
5.按照權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述柱形殼為圓柱形殼，所述殼蓋為圓形殼蓋，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊，所述帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微烯醯胺凝膠圓塊，所述帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊為帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠圓塊。
6.按照權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和所述帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的直徑均為2.8-3.5cm，所述帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠圓塊和所述帶有微孔且固定硝酸鹽的聚丙烯醯胺凝膠圓塊的厚度為0.3-0.42cm。
全文摘要
本發明披露了一種對揮發態砷的富集裝置及其安裝方法，該裝置包括一個上截面具有網狀窗口的柱形殼和蓋在柱形殼下截面上的殼蓋，在柱形殼內靠近所述網狀窗口一側從上到下依次放置有帶有微孔的聚丙烯醯胺凝膠塊和帶有微孔且固定硝酸銀的聚丙烯醯胺凝膠塊。本發明利用微生物將在該微生物作用下產生的揮發態含砷氣體進行有效地捕獲或富集，它對於從定性及定量角度評價環境中微生物對砷的揮發能力有非常重要的意義。此外，該裝置和方法與微生物技術緊密結合，可被廣泛地運用於砷汙染環境的修復中。
文檔編號B01D53/46GK103111155SQ20131002382
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者蘇世鳴, 曾希柏, 李蓮芳, 白玲玉, 王亞男, 段然, 吳翠霞 申請人:中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所