专利名称：一种利用物理切割批量剪裁和降解污染物分子的方法与纳米刀材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污染物分子降解的方法。本发明属于污水处理领域。
背景技术：
水处理中常常需要将溶解于水体的污染物分子降解。到目前为止用于降解溶解态污染物的各种方法大都基于两类原理，即用化学反应(如光催化反应、电化学反应、表面反应)或生物反应(如微生物反应)的原理打断或改变污染物分子。不同的污染物由于其分子结构的差异，可被生物或化学降解的成度(涉及到成本)可有很大差异。在某些情况下， 如能将较大的污染物分子变成较小的分子，则有助于进一步用化学或生物的方法将其降解。有些污染物则很难用现有的手段降解，比如全氟辛烷磺酰基化合物(PF0Q就很难用现有的光催化反应或微生物处理将其降解。如果能发明一种简便易行、低成本的普适性方法， 不用化学试剂、不用微生物、也不借助于光的能量就能将污染物分子切断，则是极具前景的绿色-低碳环保技术。虽然在分子生物学领域已经有了称之为“分子刀”或“分子剪”的技术，但这些技术均是指用试剂(比如酶试剂)有选择地切断某个DNA片段的技术。到目前为止，国内外尚未见用非化学、非生物的方法(比如基于机械切割的方法)切断水体中溶解态或颗粒态污染物分子链的方法与技术。
发明内容
本发明提出一种对水体中溶解态或颗粒态污染物分子进行大批量剪切的纳米刀切割降解方法，其中，利用具有一定纳米尺度边角或棱角微观结构的粉末颗粒制备成纳米刀材料，将所述纳米刀材料放到待处理溶液中进行搅拌，利用水流剪切力和处于运动中的纳米刀材料的边角结构对水体中的批量污染物分子进行同步剪切和降解。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料由具有一定纳米尺度边角微观结构的各种原料的粉末构成，这些原料被加工成粉末而其颗粒仍保持锐利的纳米级边角或菱角。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀的纳米级边角或棱角通过机械加工原料获得。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀的纳米级边角或棱角通过化学试剂刻蚀或溶解原料表面获得。上述的方法，其特征在于，所述原料选自石英砂、金刚石沙、玻璃、金属氧化物、非金属氧化物、天然矿物、金属中的一种或多种组合。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料粉末的粒度在2纳米到2毫米之间。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀粉末材料被直接用于污染物分子的切割与降解，而无需添加化学试剂或生物制剂或光照。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀粉末与其它水处理技术相结合或者用作前处理对污染物进行复合降解，从而提高传统水处理方法的效果或效率。
上述的方法，其特征在于，所述其它水处理技术包括絮凝，吸附，光照，超声，微生物降解、吸附处理。上述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料通过沉降、离心、絮凝或过滤的办法回
收并重复使用。上述的方法，其特征在于，所述溶解态或颗粒态污染物包括任何有害物质的分子及其聚集体。本发明提出一种对水体中溶解态或颗粒态污染物分子进行大批量剪切的纳米刀材料，其由具有一定纳米尺度边角或棱角微观结构的粉末颗粒制备而成。上述材料，其特征在于，所述纳米刀材料由具有一定纳米尺度边角微观结构的各种原料的粉末构成，这些原料被加工成粉末而其颗粒仍保持锐利的纳米级边角或菱角。上述材料，其特征在于，所述原料选自石英砂、金刚石沙、玻璃、金属氧化物、非金属氧化物、天然矿物、金属中的一种或多种组合。上述材料，其特征在于，所述纳米刀材料通过机械加工原料获得。上述材料，其特征在于，所述纳米刀材料通过化学试剂刻蚀或溶解原料表面获得。上述材料，其特征在于，所述纳米刀材料的粒度在2纳米到2毫米之间。本发明所述的纳米刀实施例1在特制的粉碎研磨容器中放入石英砂、适量水和助磨剂进行研磨，可以或得几十纳米到几百微米的粉末。这些粉末中的部分颗粒，其晶包边角或颗粒菱角尖端处可达到几纳米的尺度。将这些粉末放到罗丹明6G(I h0damine 6G)，分子式(^8H31N203C1)的饱和水溶液中强力搅拌，可将该分子切割成低于C28的若干片段。经过絮凝沉降(如添加聚合氯化铝)可分离回收所用的纳米刀材料。经水洗搅拌去除絮凝剂后，该纳米刀材料可重复使用。实施例2将几十微米级的石英砂颗粒放入一定浓度的对石英砂具有刻蚀作用的溶液(比如Κ0Η)中作用一段时间，可获得具有纳米尺度边角或菱角的微米级石英砂颗粒。将处理后的石英砂颗粒放到全氟辛烷磺酰基化合物(8碳)的饱和水溶液中搅拌1小时(IOOrpm)，可将30%左右的PFOS降解为低于8碳的碳氟化合物。经过自然沉降可分离回收所用的纳米刀材料。经水洗后，该纳米刀材料可重复使用。在现有的水处理和污染物降解方法中，各种化学试剂或生物试剂均无法有效降解PF0S。用物理切割法降解这类难降解的污染物，开辟了一个全新的、革命性的绿色分子剪裁手段，不仅方法简单易行，成本低，占地少，对设备材料要求不高，而且可避免传统化学试剂或生物试剂所带来的二次污染问题，环保、绿色、节能、低碳。由于所用纳米刀材料极易回收，再利用，减少了污水处理中的污泥排放和吸附剂吸附饱和难以回收利用等许多问题。将在难降解废水处理中产生里程碑式重大影响。实施例3将2500目粉石英砂(天然材料)放入含有一定浓度的酸性红97(分子量 698. 6327，分子式C32H20N4Na208S》溶液中混合，在特制的密闭容器中高速搅拌一定时间，可有效打断其分子链实现脱色并降低其毒性。经过离心分析可回收纳米刀材料，并循环利用。
权利要求
1.一种对水体中溶解态或颗粒态污染物分子进行大批量剪切的纳米刀切割降解方法， 其中，利用具有一定纳米尺度边角或棱角微观结构的粉末颗粒制备成纳米刀材料，将所述纳米刀材料放到待处理溶液中进行搅拌，利用水流剪切力和处于运动中的纳米刀材料的边角结构对水体中的批量污染物分子进行同步剪切和降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料由具有一定纳米尺度边角微观结构的各种原料的粉末构成，这些原料被加工成粉末而其颗粒仍保持锐利的纳米级边角或棱角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳米刀的纳米级边角或棱角通过机械加工原料获得。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳米刀的纳米级边角或棱角通过化学试剂刻蚀或溶解原料表面获得。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原料选自石英砂、金刚石沙、玻璃、金属氧化物、非金属氧化物、天然矿物、金属中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料粉末的粒度在2纳米到2毫米之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米刀粉末材料被直接用于污染物分子的切割与降解，而无需添加化学试剂或生物制剂或光照。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米刀粉末与其它水处理技术相结合或者用作前处理对污染物进行复合降解，从而提高传统水处理方法的效果或效率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述其它水处理技术包括絮凝，吸附，光照，超声，微生物降解、吸附处理。
10.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述纳米刀材料通过沉降、离心、絮凝或过滤的办法回收并重复使用。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶解态或颗粒态污染物包括任何有害物质的分子及其聚集体。
12.—种对水体中溶解态或颗粒态污染物分子进行大批量剪切的纳米刀材料，其由具有一定纳米尺度边角或棱角微观结构的粉末颗粒制备而成。
13.根据权利要求12所述的纳米刀材料，其特征在于，所述纳米刀材料由具有一定纳米尺度边角微观结构的各种原料的粉末构成，这些原料被加工成粉末而其颗粒仍保持锐利的纳米级边角或棱角。
14.根据权利要求12所述的纳米刀材料，其特征在于，所述原料选自石英砂、金刚石沙、玻璃、金属氧化物、非金属氧化物、天然矿物、金属中的一种或多种组合。
15.根据权利要求12和14所述的纳米刀材料，其特征在于，所述纳米刀材料通过机械加工原料获得。
16.根据权利要求11和14所述的纳米刀材料，其特征在于，所述纳米刀材料通过化学试剂刻蚀或溶解原料表面获得。
17.根据权利要求12-16之一所述的纳米刀材料，其特征在于，所述纳米刀材料的粒度在2纳米到2毫米之间。
全文摘要
本发明提出一种对水体中难降解污染物分子进行大批量剪切的纳米刀切割降解方法和材料。利用具有一定纳米尺度边角或棱角微观结构的粉末颗粒制备成纳米刀材料，将所述纳米刀材料放到待处理溶液中进行搅拌，利用水流剪切力和处于运动中的纳米刀对水体中的批量污染物分子进行同步剪切和降解。该发明突破了利用化学反应或微生物作用打断化学键的传统原理与方法，实现了用物理切割原理剪切和降解污染物分子的突破。该方法可低成本、低能耗、无二次污染、高效地降解难降解污染物。所用材料极易回收并循环利用。可单独或与传统水处理技术联合使用。
文档编号C03B20/00GK102225786SQ201110069820
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者潘纲 申请人:潘纲