專利名稱：一種利用物理切割批量剪裁和降解污染物分子的方法與納米刀材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污染物分子降解的方法。本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水處理中常常需要將溶解于水體的污染物分子降解。到目前為止用于降解溶解態(tài)污染物的各種方法大都基于兩類原理，即用化學(xué)反應(yīng)(如光催化反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、表面反應(yīng))或生物反應(yīng)(如微生物反應(yīng))的原理打斷或改變污染物分子。不同的污染物由于其分子結(jié)構(gòu)的差異，可被生物或化學(xué)降解的成度(涉及到成本)可有很大差異。在某些情況下， 如能將較大的污染物分子變成較小的分子，則有助于進(jìn)一步用化學(xué)或生物的方法將其降解。有些污染物則很難用現(xiàn)有的手段降解，比如全氟辛烷磺?；衔?PF0Q就很難用現(xiàn)有的光催化反應(yīng)或微生物處理將其降解。如果能發(fā)明一種簡便易行、低成本的普適性方法， 不用化學(xué)試劑、不用微生物、也不借助于光的能量就能將污染物分子切斷，則是極具前景的綠色-低碳環(huán)保技術(shù)。雖然在分子生物學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了稱之為“分子刀”或“分子剪”的技術(shù)，但這些技術(shù)均是指用試劑(比如酶試劑)有選擇地切斷某個(gè)DNA片段的技術(shù)。到目前為止，國內(nèi)外尚未見用非化學(xué)、非生物的方法(比如基于機(jī)械切割的方法)切斷水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物分子鏈的方法與技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種對水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物分子進(jìn)行大批量剪切的納米刀切割降解方法，其中，利用具有一定納米尺度邊角或棱角微觀結(jié)構(gòu)的粉末顆粒制備成納米刀材料，將所述納米刀材料放到待處理溶液中進(jìn)行攪拌，利用水流剪切力和處于運(yùn)動(dòng)中的納米刀材料的邊角結(jié)構(gòu)對水體中的批量污染物分子進(jìn)行同步剪切和降解。上述的方法，其特征在于，所述納米刀材料由具有一定納米尺度邊角微觀結(jié)構(gòu)的各種原料的粉末構(gòu)成，這些原料被加工成粉末而其顆粒仍保持銳利的納米級(jí)邊角或菱角。上述的方法，其特征在于，所述納米刀的納米級(jí)邊角或棱角通過機(jī)械加工原料獲得。上述的方法，其特征在于，所述納米刀的納米級(jí)邊角或棱角通過化學(xué)試劑刻蝕或溶解原料表面獲得。上述的方法，其特征在于，所述原料選自石英砂、金剛石沙、玻璃、金屬氧化物、非金屬氧化物、天然礦物、金屬中的一種或多種組合。上述的方法，其特征在于，所述納米刀材料粉末的粒度在2納米到2毫米之間。上述的方法，其特征在于，所述納米刀粉末材料被直接用于污染物分子的切割與降解，而無需添加化學(xué)試劑或生物制劑或光照。上述的方法，其特征在于，所述納米刀粉末與其它水處理技術(shù)相結(jié)合或者用作前處理對污染物進(jìn)行復(fù)合降解，從而提高傳統(tǒng)水處理方法的效果或效率。
上述的方法，其特征在于，所述其它水處理技術(shù)包括絮凝，吸附，光照，超聲，微生物降解、吸附處理。上述的方法，其特征在于，所述納米刀材料通過沉降、離心、絮凝或過濾的辦法回
收并重復(fù)使用。上述的方法，其特征在于，所述溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物包括任何有害物質(zhì)的分子及其聚集體。本發(fā)明提出一種對水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物分子進(jìn)行大批量剪切的納米刀材料，其由具有一定納米尺度邊角或棱角微觀結(jié)構(gòu)的粉末顆粒制備而成。上述材料，其特征在于，所述納米刀材料由具有一定納米尺度邊角微觀結(jié)構(gòu)的各種原料的粉末構(gòu)成，這些原料被加工成粉末而其顆粒仍保持銳利的納米級(jí)邊角或菱角。上述材料，其特征在于，所述原料選自石英砂、金剛石沙、玻璃、金屬氧化物、非金屬氧化物、天然礦物、金屬中的一種或多種組合。上述材料，其特征在于，所述納米刀材料通過機(jī)械加工原料獲得。上述材料，其特征在于，所述納米刀材料通過化學(xué)試劑刻蝕或溶解原料表面獲得。上述材料，其特征在于，所述納米刀材料的粒度在2納米到2毫米之間。本發(fā)明所述的納米刀實(shí)施例1在特制的粉碎研磨容器中放入石英砂、適量水和助磨劑進(jìn)行研磨，可以或得幾十納米到幾百微米的粉末。這些粉末中的部分顆粒，其晶包邊角或顆粒菱角尖端處可達(dá)到幾納米的尺度。將這些粉末放到羅丹明6G(I h0damine 6G)，分子式(^8H31N203C1)的飽和水溶液中強(qiáng)力攪拌，可將該分子切割成低于C28的若干片段。經(jīng)過絮凝沉降(如添加聚合氯化鋁)可分離回收所用的納米刀材料。經(jīng)水洗攪拌去除絮凝劑后，該納米刀材料可重復(fù)使用。實(shí)施例2將幾十微米級(jí)的石英砂顆粒放入一定濃度的對石英砂具有刻蝕作用的溶液(比如Κ0Η)中作用一段時(shí)間，可獲得具有納米尺度邊角或菱角的微米級(jí)石英砂顆粒。將處理后的石英砂顆粒放到全氟辛烷磺?；衔?8碳)的飽和水溶液中攪拌1小時(shí)(IOOrpm)，可將30%左右的PFOS降解為低于8碳的碳氟化合物。經(jīng)過自然沉降可分離回收所用的納米刀材料。經(jīng)水洗后，該納米刀材料可重復(fù)使用。在現(xiàn)有的水處理和污染物降解方法中，各種化學(xué)試劑或生物試劑均無法有效降解PF0S。用物理切割法降解這類難降解的污染物，開辟了一個(gè)全新的、革命性的綠色分子剪裁手段，不僅方法簡單易行，成本低，占地少，對設(shè)備材料要求不高，而且可避免傳統(tǒng)化學(xué)試劑或生物試劑所帶來的二次污染問題，環(huán)保、綠色、節(jié)能、低碳。由于所用納米刀材料極易回收，再利用，減少了污水處理中的污泥排放和吸附劑吸附飽和難以回收利用等許多問題。將在難降解廢水處理中產(chǎn)生里程碑式重大影響。實(shí)施例3將2500目粉石英砂(天然材料)放入含有一定濃度的酸性紅97(分子量 698. 6327，分子式C32H20N4Na208S》溶液中混合，在特制的密閉容器中高速攪拌一定時(shí)間，可有效打斷其分子鏈實(shí)現(xiàn)脫色并降低其毒性。經(jīng)過離心分析可回收納米刀材料，并循環(huán)利用。
權(quán)利要求
1.一種對水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物分子進(jìn)行大批量剪切的納米刀切割降解方法， 其中，利用具有一定納米尺度邊角或棱角微觀結(jié)構(gòu)的粉末顆粒制備成納米刀材料，將所述納米刀材料放到待處理溶液中進(jìn)行攪拌，利用水流剪切力和處于運(yùn)動(dòng)中的納米刀材料的邊角結(jié)構(gòu)對水體中的批量污染物分子進(jìn)行同步剪切和降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米刀材料由具有一定納米尺度邊角微觀結(jié)構(gòu)的各種原料的粉末構(gòu)成，這些原料被加工成粉末而其顆粒仍保持銳利的納米級(jí)邊角或棱角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述納米刀的納米級(jí)邊角或棱角通過機(jī)械加工原料獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述納米刀的納米級(jí)邊角或棱角通過化學(xué)試劑刻蝕或溶解原料表面獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述原料選自石英砂、金剛石沙、玻璃、金屬氧化物、非金屬氧化物、天然礦物、金屬中的一種或多種組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征在于，所述納米刀材料粉末的粒度在2納米到2毫米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米刀粉末材料被直接用于污染物分子的切割與降解，而無需添加化學(xué)試劑或生物制劑或光照。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米刀粉末與其它水處理技術(shù)相結(jié)合或者用作前處理對污染物進(jìn)行復(fù)合降解，從而提高傳統(tǒng)水處理方法的效果或效率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述其它水處理技術(shù)包括絮凝，吸附，光照，超聲，微生物降解、吸附處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述納米刀材料通過沉降、離心、絮凝或過濾的辦法回收并重復(fù)使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物包括任何有害物質(zhì)的分子及其聚集體。
12.—種對水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)污染物分子進(jìn)行大批量剪切的納米刀材料，其由具有一定納米尺度邊角或棱角微觀結(jié)構(gòu)的粉末顆粒制備而成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米刀材料，其特征在于，所述納米刀材料由具有一定納米尺度邊角微觀結(jié)構(gòu)的各種原料的粉末構(gòu)成，這些原料被加工成粉末而其顆粒仍保持銳利的納米級(jí)邊角或棱角。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米刀材料，其特征在于，所述原料選自石英砂、金剛石沙、玻璃、金屬氧化物、非金屬氧化物、天然礦物、金屬中的一種或多種組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求12和14所述的納米刀材料，其特征在于，所述納米刀材料通過機(jī)械加工原料獲得。
16.根據(jù)權(quán)利要求11和14所述的納米刀材料，其特征在于，所述納米刀材料通過化學(xué)試劑刻蝕或溶解原料表面獲得。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16之一所述的納米刀材料，其特征在于，所述納米刀材料的粒度在2納米到2毫米之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種對水體中難降解污染物分子進(jìn)行大批量剪切的納米刀切割降解方法和材料。利用具有一定納米尺度邊角或棱角微觀結(jié)構(gòu)的粉末顆粒制備成納米刀材料，將所述納米刀材料放到待處理溶液中進(jìn)行攪拌，利用水流剪切力和處于運(yùn)動(dòng)中的納米刀對水體中的批量污染物分子進(jìn)行同步剪切和降解。該發(fā)明突破了利用化學(xué)反應(yīng)或微生物作用打斷化學(xué)鍵的傳統(tǒng)原理與方法，實(shí)現(xiàn)了用物理切割原理剪切和降解污染物分子的突破。該方法可低成本、低能耗、無二次污染、高效地降解難降解污染物。所用材料極易回收并循環(huán)利用?？蓡为?dú)或與傳統(tǒng)水處理技術(shù)聯(lián)合使用。
文檔編號(hào)C03B20/00GK102225786SQ201110069820
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者潘綱 申請人:潘綱