一种微纳米颗粒多级分离装置

技术领域

本发明涉及纳米地球化学技术领域，具体涉及一种微纳米颗粒的多级分离装置。

背景技术

纳米地球化学是一个极为新兴的研究领域，其中利用地球化学和纳米科技手段来研究地球中微纳米颗粒的分布、分配、集中、分散和迁移规律，并用微纳米颗粒的分布组合特征来反映并探测深部油矿藏是该领域最为重要的研究方向。大量研究已表明，地表土壤和土壤气体中的微纳米颗粒对于深部矿产成因类型厘定和找矿勘查具有重要的理论意义和实际价值。隐伏矿上覆地层是天然过滤系统，较粗的颗粒难以发生长距离迁移至地表形成异常，而微纳米颗粒则可以以类气态的形式发生长距离迁移至地表土壤中形成异常。但是，它们在土壤中的含量仍然是较低的(通常是弱异常)，利用微纳米颗粒多级分离技术可以实现对土壤中不同粒径微纳米颗粒含量的定量表征，放大土壤样品中所包含的找矿信息，进而获取隐伏矿的类型、埋藏深度等信息。如何将从地表土壤和土壤气体中捕获的微纳米颗粒按照不同粒径进行分离是技术难点。

现有方法均重点解决如何从地表土壤样品中提取微纳米颗粒，如常用的震荡-沉降法和化学分散-沉降法，其中的主要技术是通过不添加或添加化学分散剂进行超声分散，再通过Stokes沉降法提取微纳米颗粒，然而通过沉降法得到微纳米颗粒所需的静置时间较长且化学试剂的加入可能会导致天然样品中微纳米颗粒的污染。21世纪以来，随着纳米科技的飞速发展，离心机、超声速自由旋涡等装置也被用于分离微纳米颗粒，但对于不同形态和类型的微纳米颗粒的分离效率并不理想，制约了不同粒径微纳米颗粒蕴含的不同深度找矿信息的获取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有微纳米颗粒提取方法不能有效和快速分离不同粒径的微纳米颗粒。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种微纳米颗粒多级分离装置，包括真空箱、多个分离过滤装置和真空泵，所述真空泵通过真空管与所述真空箱内部连通，所述分离过滤装置安装在所述真空箱上，所述分离过滤装置的一部分位于所述真空箱内，另一部分位于所述真空箱外，所述真空箱内设有多个收集装置，多个所述收集装置与多个所述分离过滤装置一一对应布置并用于收集滤液。

本发明的有益效果是：本发明提供的微纳米颗粒多级分离装置可直接用于土壤或水体样品中微纳米颗粒的分离，并能通过调整分离过滤装置的过滤孔大小，控制所分离颗粒的粒径区间，且可通过真空箱内的多分离过滤装置本体，实现单个样品的多级分离和多个样品的批次分离。该装置具有效率高、操作简便的特点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，多个所述分离过滤装置的过滤孔径各不相同或者都相同或者部分相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以实现单个样品的多级分离和多个样品的批次分离，能够有效提高分离效率。

进一步，所述分离过滤装置采用砂芯漏斗，所述砂芯漏斗中放置有微孔滤膜。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以通过调整中间砂心漏斗内放置的微孔滤膜的孔径大小，控制所分离颗粒的粒径区间

进一步，所述收集装置采用玻璃瓶。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以采用三角瓶等进行滤液收集。

进一步，所述真空箱的上面板设有多个装配孔，所述分离过滤装置可拆卸的安装在所述装配孔内且与所述装配孔密封设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将分离过滤装置密封设置在所述装配孔内，可以提高真空分离效率。

进一步，所述装配孔内设有装配槽，所述装配槽内设有密封圈，所述分离过滤装置可插拔的设置在所述装配孔内并通过密封圈与所述装配孔密封紧配合。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用密封圈可以实现分离过滤装置与装配孔的有效密封连接。

进一步，所述分离过滤装置采用砂芯漏斗，所述砂芯漏斗的收口端与所述装配孔密封配合，所述砂芯漏斗的直管段位于所述真空箱内对应的收集装置中。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用砂芯漏斗，可以对微纳米颗粒有效过滤，并将滤液回收到收集装置中。

进一步，所述真空箱包括箱体和上面板，所述上面板可拆卸设置在所述箱体的敞口端，所述上面板与所述箱体接触的位置采用磨口，并设有硅胶。

采用上述进一步方案的有益效果是：上面板可拆卸设置在箱体敞口端，可以方便在箱体内设置分离过滤装置，上面板可以通过磨口以及配合硅胶实现与箱体敞口的密封连接。

进一步，所述分离过滤装置和收集装置均采用高硼硅玻璃材料制成。

采用上述进一步方案的有益效果是：分离过滤装置和收集装置壁厚均匀无气泡，流量快，耐压，耐高温，密封性能好。

进一步，所述真空泵采用无油真空泵，所述分离过滤装置的过滤孔径不大于10μm。

附图说明

图1为本发明微纳米颗粒多级分离装置的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、真空箱；2、分离过滤装置；3、真空泵；4、砂芯漏斗；5、收集装置；6、微孔滤膜；7、真空管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例的一种微纳米颗粒多级分离装置，包括真空箱1、多个分离过滤装置2和真空泵3，所述真空泵3通过真空管7与所述真空箱1内部连通，所述分离过滤装置2安装在所述真空箱1上，所述分离过滤装置2的一部分位于所述真空箱1内，另一部分位于所述真空箱1外，所述真空箱1内设有多个收集装置5，多个所述收集装置5与多个所述分离过滤装置2一一对应布置并用于收集滤液。

本实施例的多个所述分离过滤装置2的过滤孔径各不相同或者都相同或者部分相同。可以实现单个样品的多级分离和多个样品的批次分离，有效提高分离效率。多个所述分离过滤装置2成排布置在所述真空箱1内，例如可以设置两排、三排等。

本实施例的一个优选方案为，如图1所示，所述分离过滤装置5采用砂芯漏斗，所述砂芯漏斗中设有微孔滤膜6。可以通过调整中间砂心漏斗内放置的微孔滤膜的孔径大小，控制所分离颗粒的粒径区间。土壤样品中的纳米微粒通过微孔滤膜6，微孔滤膜6上的微孔能够阻挡土壤和土壤气体中较大的微粒穿过微孔滤膜6，实现微纳米颗粒的分级截流，使只有小于设定微孔的微粒能随液体进入收集装置5内。

本实施例的一个优选方案为，所述收集装置5采用玻璃瓶。如图1所示，可以采用三角瓶等进行滤液收集，也可以采用烧杯、容量瓶等玻璃容器进行收集。

如图1所示，本实施例的所述真空箱1的上面板设有多个装配孔，所述分离过滤装置2可拆卸的安装在所述装配孔内且与所述装配孔密封设置。通过将分离过滤装置密封设置在所述装配孔内，可以提高真空分离效率。

本实施例分离过滤装置2与真空箱1上面板的密封连接，可以采用多种方式，例如可以在分离过滤装置2的外侧壁上设置密封圈，当分离过滤装置2插入到对应的装配孔时，利用密封圈实现与装配孔的密封连接。

本实施例的一个优选方案为，所述装配孔内设有装配槽，所述装配槽内设有密封圈，所述分离过滤装置2可插拔的设置在所述装配孔内并通过密封圈与所述装配孔密封紧配合。装配槽可以设置在装配孔的上方，也可以设置在装配孔的中间，也可以设置在装配孔的下方，采用密封圈可以实现分离过滤装置与装配孔的有效密封连接。

如图1所示，本实施例的所述分离过滤装置2采用砂芯漏斗4，所述砂芯漏斗4的收口端与所述装配孔密封配合，所述砂芯漏斗的直管段位于所述真空箱1内对应的收集装置5中。采用砂芯漏斗，可以对微纳米颗粒有效过滤，并将滤液回收到收集装置中。

如图1所示，本实施例的所述真空箱1包括箱体和上面板，所述上面板可拆卸设置在所述箱体的敞口端，所述上面板与所述箱体接触的位置采用磨口，并设有硅胶。上面板可以采用铰接方式连接在所述箱体敞口端，也可以采用扣合的方式扣合在箱体敞口端。上面板可拆卸设置在箱体敞口端，可以方便在箱体内设置分离过滤装置，上面板可以通过磨口工艺以及配合硅胶实现上面板与箱体敞口的密封连接。真空箱1可以采用玻璃材质，真空箱1的密闭性越好，真空泵3抽取真空的时间越短，土壤悬液通过分离过滤装置2的速度越快，大大提高微纳米颗粒的分离效率。真空箱1可以采用立方体结构形式，也可以采用圆柱形结构等，可以将真空泵3通过真空管7连接在所述真空箱1的侧壁上。

本实施例的一个可选方案为，所述分离过滤装置2和收集装置5均采用高硼硅玻璃材料制成。分离过滤装置和收集装置壁厚均匀无气泡，流量快，耐压，耐高温，密封性能好。

本实施例的所述真空泵3采用无油真空泵，为实现某一土壤样品中微纳米颗粒的多级分离或多个土壤样品的纳米颗粒批次分离，其抽气速率需大于3.8L/分钟。无油真空泵的优点是干净无污染，其抽气速率越快，土壤悬液通过分离过滤装置2的速度越快，进而提高微纳米颗粒的分离效率。所述分离过滤装置2的过滤孔径不大于10μm。具体的，所述砂芯漏斗4内的微孔滤膜6的孔径不大于10μm，可以设置多种孔径，例如可以设置1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、8.5μm等。优选的，微孔滤膜6的孔径设置为1μm时，可以将微米级颗粒从土壤样品中分离出来；设置为小于1μm时，如采用孔径为不超过100nm的陶瓷膜时，即可从土壤样品中将纳米级颗粒分离出来。

本实施例的微纳米颗粒多级分离装置在使用时，每次先将封口的多个分离过滤装置2通过可活动拆卸的上面板置于有机玻璃的真空箱内，抽真空检验整个多级分离装置的密闭性。密闭性确认完好后，将不同孔径的微孔滤膜8置于多个分离过滤装置2的砂芯漏斗4内。含有微纳米颗粒的同一土壤样品悬浮液从砂芯漏斗4进入，不同孔径的微孔滤膜6阻挡大于该孔径的微纳米颗粒穿过，从而提取到不同粒径区间的微纳米颗粒。另外，多个砂芯漏斗4内可以放置相同孔径的微孔滤膜6，利用抽气速率高的真空泵3则可以实现多个样品微纳米颗粒的快速提取。具体为，分离过滤装置2采用砂芯漏斗4，并将微孔滤膜6放置在砂芯漏斗4上，将真空泵3通过真空管7连接到真空箱1上，所述分离过滤装置2的数量为多个，多个中间砂心漏斗4内放置不同孔径的微孔滤膜6。真空箱1内可放置多个多级分离过滤装置2，同一土壤样品可等分为多份，同时通过配置不同孔径微孔滤膜6的砂芯漏斗4，既可提高同一样品中不同粒径微纳米颗粒的分离效率，又可得到不同粒径范围微纳米颗粒的比例。在过滤土壤悬液时利用真空泵3将真空箱1抽成真空状态，可以同时对多个分离过滤装置2内的同一粒径或不同粒径或不同产品的微纳米颗粒进行过滤分离，大大提高微纳米颗粒的提取效率。

本实施例提供的微纳米颗粒多级分离装置可直接用于土壤或水体样品中微纳米颗粒的分离，并能通过调整分离过滤装置的砂芯漏斗内的微孔滤膜的孔径大小，控制所分离颗粒的粒径区间，且可通过真空箱内的多分离过滤装置本体，实现单个样品的多级分离和多个样品的批次分离。该装置具有效率高、操作简便的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。