专利名称：一种程控化水溶性有机物组分分离装置和分离方法
技术领域：
本发明属于固体有机废弃物处理与资源化应用领域，具体涉及一种采用XAD-8树脂作为分离主要媒介，程控化分离水溶性有机物组分的装置。本发明还涉及一种利用上述装置进行水溶性有机物组分分离的方法。
背景技术：
水溶性有机物(DOM)是一种复杂的有机物的混合体，同时是一种重要的、很活跃的的化学组分。它既能影响环境的酸碱特性，也影响营养物质的有效性、污染物质的毒性及其迁移特性。按照一定性状将其分组可以降低混合物的复杂性，因此其分组研究对于深入了解DOM的生物有效性及环境效应具有重要意义。DOM成分复杂，其不同组分的降解性差别较大。有研究表明，DOM分组过程中能与XAD-8树脂稳定吸附的组分结构复杂，性质稳定，不易降解。同时发现，DOM中表观分子量> IOOOODa的都是不能被微生物利用的，而< IOOODa的有86%是可降解的。按亲疏水-极性将DOM分组后研究其生物降解性，发现DOM中的亲水中性组分3天内能被降解15%。另一方面，DOM中不同组分的环境效应也不尽相同，有研究证明DOM中亲水性组分会活化土壤重金属，但疏水性组分因被土壤吸附而降低重金属迁移性，学者发现酒糟来源的DOM中分子量< 500Da的组分对Cu( II )的络合量最大；因此，在研究DOM与环境中污染物的相互作用时，将DOM按一定理化特性分组后系统研究各组分与污染物的相互作用有助于精确揭示DOM的环境效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种程控化水溶性有机物组分分离装置。本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置分离水溶性有机物组分的方法。为实现上述目的，本发明提供的程控化分离水溶性有机物组分的装置，其组成为:一层析柱，该层析柱内填充有XAD-8树脂；层析柱的一端连接第一两项分液调节器，层析柱的另一端连接第二两项分液调节器；第一两项分液调节器连接第一蠕动泵和第一进出液储备瓶；第一蠕动泵连接第一三项分液调节器，第一三项分液调节器连接若干盛放不同淋洗液的第一进出液储备瓶之第二两项分液调节器连接第二蠕动泵和第二进出液储备瓶；第二蠕动泵连接第二三项分液调节器，第二三项分液调节器连接若干盛放不同反洗液的第二进出液储备瓶之第一两项分液调节器、第一蠕动泵、第一三项分液调节器、第二两项分液调节器、第二蠕动泵和第二三项分液调节器均连接工作电源。所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，层析柱内XAD-8树脂的装填量为层析柱的1/3 1/2体积。所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，工作电源为恒压恒流电源。所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，液体储备瓶为聚四氟乙烯、硅橡胶或硅胶为原料制成的水解玻璃瓶。所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，蠕动泵为双向可控速蠕动泵。本发明提供的利用上述装置进行程控化分离水溶性有机物组分的方法，其过程为:正淋洗:淋洗液从层析柱的一端淋入，调节第一两项分液调节器对准第一蠕动泵档；启动第一蠕动泵，调节第一三项分液调节器对准若干第一进出液储备瓶中之一档；调节第二两项分液调节器对准第二进出液储备瓶档，收集淋洗液即完成一次样品的正淋洗运行；反冲洗:淋洗液从层析柱的另一端淋入，调节第二两项分液调节器对准第二蠕动泵档；启动第二蠕动泵，调节第二三项分液调节器对准若干第二进出液储备瓶中之一档；调节第一两项分液调节器对准第一进出液储备瓶档，收集反洗液即完成一次样品的反冲洗运行。所述程控化分离水溶性有机物组分的方法，其中，正淋洗时，调节第一三项分液调节器对准不同的第一进出液储备瓶即完成不同种淋洗液的更换；反冲洗时，调节第二三项分液调节器对准不同的第二进出液储备瓶即完成不同种反洗液的更换。本发明利用双向可控速蠕动泵控制液体流向及流速，并通过两项及三项分液调节器控制淋洗液和反洗液的种类，构建一套程控化分离水溶性有机物组分的装置及方法。本发明资源利用率高、成本较低、使用寿命长、控制简单、反应稳定、可自动控制进出液流向、流速及种类等特点，减轻水溶性有机物组分分离过程中的人力劳动。
图1是本发明程控化分离水溶性有机物组分装置的结构组成示意图。图2是图1分离装置中涉及的一种多项分液调节器结构示意图。图3是采用本发明装置及方法分离后不同组分所占比例分配示意图。附图中主要标记符号I有机玻璃层析柱；2树脂；3层析柱上端旋盖；3’层析柱下端旋盖；4第一两项分液调节器；5第二两项分液调节器；6第一蠕动泵；7第二蠕动泵；8第一三项分液调节器；9第二三项分液调节器；10、11、12第一恒压恒流电源；13、14、15第二恒压恒流电源；16、18、19,20第一进出液储备瓶；17、21、22、23第二进出液储备瓶。
具体实施例方式请参阅图1，本发明提供的程控化分离水溶性有机物组分的装置，主要包括:
第一恒压恒流电源10、11、12和第二恒压恒流电源13、14、15提供稳定电压及电流。其中第一恒压恒流电源10、11、12分别各自连接第一两项分液调节器4、第一蠕动泵6和第一三项分液调节器8。第二恒压恒流电源13、14、15分别各自连接第二两项分液调节器
5、第二蠕动泵7和第二三项分液调节器9。本发明的分离装置采用的有机玻璃层析柱1，其内部填充有层析用的XAD-8树脂2，层析柱I的上端旋盖3通过管路连接第一两项分液调节器4，层析柱I的下端旋盖3’通过管路连接第二两项分液调节器5。为增强层析效果，在层析柱I的两端旋盖内设有过滤膜。第一两项分液调节器4 一端通过进出液管路连接第一进出液储备瓶16，另一端连接第一蠕动泵6，第一蠕动泵6通过管路连接第一三项分液调节器8，第一三项分液调节器8通过进出液管路连接至盛放不同淋洗液的进出液储备瓶18、19、20。第二两项分液调节器5 —端通过进出液管路连接第二进出液储备瓶17，另一端连接第二蠕动泵7，第二蠕动泵7通过管路连接第二三项分液调节器9，第二三项分液调节器9通过进出液管路连接至盛放不同淋洗液的进出液储备瓶21、22、23。本发明的第一蠕动泵6和第二蠕动泵7均为双向可控速蠕动泵。本发明的第一两项分液调节器4、第二两项分液调节器5、第一三项分液调节器8和第二三项分液调节器9均带有继电器阀门转动钮，可控制液体流向(如图2所示)。本发明的进出液储备瓶均为具刻度聚四氟乙烯和优质硅橡胶或超纯硅胶为原料制成的一级水解玻璃瓶，保证了瓶体本身无毒性，且对样品无吸附，适宜有机物质的储存及保藏。本发明的分离方法是:层析柱I中装填约1/3 1/2体积的大孔吸附树脂2 (XAD-8树脂)，保持水面高于树脂约5-7cm，整个液面保持在层析柱约2/3体积位置处。当需要样品或者淋洗液从层析柱上端淋入树脂层，电源10开始为第一蠕动泵6及第一两项分液调节器4供电，调节第一两项分液调节器4对准第一蠕动泵6档，同时调节第一蠕动泵6控制液体流向为逆时针，流速为lml/min。启动第一蠕动泵6，调节第一三项分液调节器8对准第一进出液储备瓶18档，液体以正淋洗的方式进入树脂层2 ;调节第二两项分液调节器5对准第二进出液储备瓶17档，收集淋洗液即可完成一次样品的正淋洗运行。当更换淋洗液时只需将第一三项分液调节器8对准第一进出液储备瓶19或20档即可完成不同种洗液的控制。当需要样品或者淋洗液从层析柱下端进入树脂层，电源开始为第二蠕动泵7及第二两项分液调节器5供电，调节第二两项分液调节器5对准第二蠕动泵7档，同时调节第二蠕动泵7控制液体流向为逆时针，流速为lml/min，启动第二蠕动泵7，调节第二三项分液调节器9对准第二进出液储备瓶21档，液体以反冲洗的方式进入树脂层；调节第一两项分液调节器4对准第一进出液储备瓶16档，收集反洗液即可完成一次样品的反冲洗运行。当更换冲洗液时只需将第二三项分液调节器9对准第二进出液储备瓶22或23档即可完成不同种洗液的控制。以下举一实施例加以说明。A)水溶性有机物提取:
(I)采集12组鸡粪堆肥不同阶段的固体样品，充分磨碎后加入不同比例的纯水(较佳地是加入超纯水)，设定固体样品与水的质量体积固液比(g/ml)为1: 3-1: 25；(2)将纯水加入固体样品后，200rpm/min震荡24h后获得淋出液；(3)淋出液经12000rpm/min，4°C低温离心20min获得离心上清液；(4)将离心上清液过0.45 μ m混合纤维滤膜，制得滤液中有效成分即为鸡粪D0M。B)树脂前处理:XAD_8树脂在0.lmol/L NaOH中浸泡24h，用丙酮和己烷各抽提12h以除去有机物，然后浸泡于甲醇中装柱，用甲醇洗去柱中的丙酮和己烷，最后用超纯水洗净甲醇直至出水DOC质量浓度小于lmg/L ；C)水溶性有机物组分分离:(I)提取出的鸡粪DOM样品以lml/min的流速过XAD-8树脂柱后，用I 2倍树脂柱体积的超纯水洗净；(2)用0.25倍树脂柱的0.lmol/L HCl反洗，然后用1.5倍柱体积的0.01mol/LHCl反洗，收集反洗液，得到HOB组分；(3)将步骤(I)中的未吸附成分用6mol/L HCl调pH至2，过XAD-8树脂柱，然后用I倍柱体积0.01mol/L HCl淋洗，非吸附成分即为HIM ；(4)用0.25倍柱体积、0.lmol/L NaOH反洗树脂柱，然后用1.5倍柱体积超纯水洗，收集反洗液，反洗液中的组分即为HOA ；(5)将XAD-8柱用泵抽干，倒出树脂室温风干至少15h，分装于250mL锥形瓶中并按固液比1: 10-1: 15加入无水甲醇，置于恒温振荡器中250r/min充分振荡4h，取出静置5-10min后将上清液倒出保藏，重复此步骤3次，溶于甲醇中的有机物为Η0Ν，最后将收集的全部上清液置于旋转蒸发仪中浓缩至25mL，存于广口瓶中，放入烘箱45°C烘至无水无甲醇的固体状态。其中步骤C中涉及的正洗反洗过程分别通过两台蠕动泵，两套管路独立控制完成分离步骤。其中步骤B和C中所用溶液浓度相同则为同一溶液。其中步骤C最后一步中涉及的旋转蒸发仪为冷却水循环旋转蒸发仪，一次可处理液体 400-500mL。通过上述方法及装置所制备出的鸡粪DOM浓度及最后分离出的五种组分干质量列于表1，各组分所占比例如图3所示。由表I数据可知，各组分的总回收率均在1.0附近，证明该分离装置及分离方法有效。
权利要求
1.一种程控化分离水溶性有机物组分的装置，其组成为: 一层析柱(1)，该层析柱内填充有XAD-8树脂(2); 层析柱(I)的一端连接第一两项分液调节器(4)，层析柱(I)的另一端连接第二两项分液调节器(5)； 第一两项分液调节器(4)连接第一蠕动泵(6)和第一进出液储备瓶(16);第一蠕动泵 (6)连接第一三项分液调节器(8)，第一三项分液调节器(8)连接若干盛放不同淋洗液的第一进出液储备瓶(18、19、20)中之一； 第二两项分液调节器(5)连接第二蠕动泵(7)和第二进出液储备瓶(17);第二蠕动泵(7)连接第二三项分液调节器(9)，第二三项分液调节器(9)连接若干盛放不同反洗液的第二进出液储备瓶(21、22、23)中之一； 第一两项分液调节器(4)、第一蠕动泵￠)、第一三项分液调节器(8)、第二两项分液调节器(5)、第二蠕动泵(7)和第二三项分液调节器(9)均连接各自的工作电源。
2.根据权利要求1所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，层析柱(I)内XAD-8树脂(2)的装填量为层析柱的1/3 1/2体积。
3.根据权利要求1所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，层析柱两端旋盖(3)内附有过滤膜。
4.根据权利要求1所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，工作电源为恒压恒流电源。
5.根据权利要求1所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，进出液储备瓶为聚四氟乙烯、硅橡胶或硅胶为原料制成的水解玻璃瓶。
6.根据权利要求1所述程控化分离水溶性有机物组分的装置，其中，蠕动泵为双向可控速蠕动泵。
7.—种程控化分离水溶性有机物组分的方法，其过程为: 正淋洗: 淋洗液从层析柱的一端淋入，调节第一两项分液调节器对准第一蠕动泵档； 启动第一蠕动泵，调节第一三项分液调节器对准若干第一进出液储备瓶中之一档；调节第二两项分液调节器对准第二进出液储备瓶(17)档，收集淋洗液即完成一次样品的正淋洗运行； 反冲洗: 淋洗液从层析柱的另一端淋入，调节第二两项分液调节器对准第二蠕动泵档； 启动第二蠕动泵，调节第二三项分液调节器对准若干第二进出液储备瓶中之一档；调节第一两项分液调节器对准第一进出液储备瓶(16)档，收集反洗液即完成一次样品的反冲洗运行。
8.根据权利要求7所述程控化分离水溶性有机物组分的方法，其中，正淋洗时，调节第一三项分液调节器8对准不同的第一进出液储备瓶(18、19、20)即完成不同种淋洗液的更换； 反冲洗时，调节第二三项分液调节器9对准不同的第二进出液储备瓶(21、22、23)即完成不同种反洗液的更换。
全文摘要
一种程控化分离水溶性有机物组分的装置，其组成为一层析柱填充有树脂；层析柱两端分别各连接第一两项分液调节器和第二两项分液调节器；第一两项分液调节器连接第一蠕动泵和第一进出液储备瓶；第一蠕动泵连接第一三项分液调节器，第一三项分液调节器连接若干盛放不同淋洗液的第一进出液储备瓶中之一；第二两项分液调节器连接第二蠕动泵和第二进出液储备瓶；第二蠕动泵连接第二三项分液调节器，第二三项分液调节器连接若干盛放不同反洗液的第二进出液储备瓶中之一；第一两项分液调节器、第一蠕动泵、第一三项分液调节器、第二两项分液调节器、第二蠕动泵和第二三项分液调节器均连接各自的工作电源。本发明还提供了分离的方法。
文档编号B01D15/10GK103143192SQ20131006122
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者席北斗, 李丹, 赵国鹏, 魏自民, 何小松, 潘红卫 申请人:中国环境科学研究院