一种基于微悬臂梁传感技术监测离子吸附的方法与流程

本发明涉及离子在矿物颗粒表面微观吸附监测领域，特别涉及一种基于微悬臂梁传感技术的实时监测方法在探索离子微观吸附过程特性中的应用。

背景技术：

在煤泥水处理、微细矿物分选、水处理以及矿业废水处理等工业领域，离子在矿物颗粒表面的吸附研究具有十分重要的意义。目前对于金属离子在矿物颗粒表面吸附机理研究主要以宏观分析为主，缺乏微观层面的系统研究。然而，要更深入更全面的分析离子在煤泥颗粒表面的吸附作用，最有效的手段就是能够在微观层面实时监测反应过程，揭示离子在矿物颗粒表面吸附的微观机理，势必能够更加科学的指导现场生产。

微悬臂梁传感器具有质量小，无标记、响应速度快,实时监测和灵敏度高的优点。该技术在生物，医药，化学，环境和材料等领域广泛应用。但是作为实时、高灵敏度的监测手段在矿物颗粒界面吸附方面的研究却极少。本发明提出利用微悬臂梁尖端挠度的实时变化监测金属离子吸附过程特性，深入探索金属离子在矿物颗粒表面的作用机制，将能够为药剂设计提供理论依据，使药剂的选择和优化更加科学。

技术实现要素：

本发明的目的在于基于微悬臂梁传感技术，提出一种实时监测离子在矿物颗粒表面吸附过程特性的方法，药剂用量小、污染小、快捷方便、成本低。

具体而言，本发明所采用的技术方案是：

在本发明所提供的一种基于微悬臂梁传感技术监测离子吸附的方法,所述方法包括:(1)将矿物颗粒通过修饰介质修饰到微悬臂梁(104)的尖端；(2)将修饰后的微悬臂梁放入液体流动池(102)的夹持装置(103)中；(3)流动池中溶液保持在不同的溶液化学环境条件下；(4)在微悬臂梁传感系统平台下实时监测微悬臂梁(104)尖端的挠度变化；(5)根据所述挠度变化反应微悬臂梁上离子在矿物颗粒表面的吸附过程。

所述的离子可以是k⁺、na⁺等一价金属阳离子中的一种，可以是mg²⁺、ca²⁺等二价金属阳离子中的一种，也可以是al³⁺、fe³⁺等三价金属阳离子中的一种。

所述的矿物颗粒为石英颗粒、高岭石颗粒、煤颗粒等矿物颗粒中的一种，矿物颗粒经缓冲液处理。

所述缓冲液为去离子水。

在修饰过程中，所述的修饰介质为环氧树脂胶中的一种。

所述的微悬臂梁为三角梁和矩形梁中的一种。

所述的溶液化学环境条件包括温度、离子浓度和ph值中的任意一种或两种以上的组合。

所述的微悬臂梁传感系统的工作模式为静态工作模式和动态工作模式中的一种。

所述的微悬臂梁尖端的挠度变化为：根据激光束(201)照射在微悬臂梁(104)尖端，经微悬臂梁尖端反射的激光束(202)，再经平面镜(105)反射后照射至光电位置敏感探测器(106)，反射光束(203)在光电位置敏感探测器上的位移信号通过信号采集器(107)采集，然后再传输给计算机(108)，经计算机进行记录并处理。

附图说明

图1是微悬臂梁传感系统平台示意图。

图2是基于微悬臂梁传感技术监测ca²⁺在石英颗粒表面吸附过程引起微悬臂梁挠度改变的示意图。

图中标注符号的含义如下：

101-激光器102-液体流动池103-微悬臂梁夹持装置104-微悬臂梁

105-平面镜106-光电位置敏感探测器107-信号采集器108-计算机

109-蠕动泵110-温控器111-加热片

201-激光器照射在微悬臂梁尖端的激光束202-经微悬臂梁尖端反射至平面镜上的激光束203-经平面镜反射至光电位置敏感探测器上的激光束

301-液体流动池中溶液出口管302-液体流动池中溶液进口管

401-石英颗粒

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步清楚、完整地描述，但并不限于该实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

结合图1和图2，图2是基于微悬臂梁传感技术监测ca²⁺在石英颗粒表面吸附过程引起微悬臂梁挠度改变的示意图。包括激光器(101)，微悬臂梁(104)，石英颗粒(401)，平面镜(105)，光电位置敏感探测器(psd)(106)(型号为drx-2dpsd-a01)。其特征是：

(1)在高倍显微镜下，将石英颗粒(401)经修饰介质环氧树脂胶修饰到微悬臂梁(104)的尖端。

(2)将修饰后的微悬臂梁放入液体流动池(102)的夹持装置(103)中。

(3)液体流动池(102)中液体保持在不同的溶液化学环境条件下，包括温度、ca²⁺离子浓度和ph值中的任意一种或两种以上的组合。

(4)根据激光器(101)发出的激光束(201)照射在微悬臂梁(104)尖端，经微悬臂梁尖端反射出激光束(202)，再经平面镜(105)反射后照射至光电位置敏感探测器(106)，经平面镜反射的激光束(203)在光电位置敏感探测器上的位移信号通过信号采集器(107)采集，然后再传输给计算机(108)，经计算机进行记录并处理。

(5)根据所述挠度变化反应不同溶液化学环境条件下微悬臂梁上ca²⁺离子在石英颗粒表面的吸附过程。

技术特征：

技术总结
本发明涉及离子在矿物颗粒表面微观吸附过程监测领域，具体涉及一种基于微悬臂梁传感技术监测金属离子在矿物颗粒表面吸附的方法。在利用微悬臂梁监测金属离子在矿物颗粒表面吸附时，随着吸附时间、吸附温度、溶液pH值、溶液浓度等因素改变时，微悬臂梁的尖端挠度会发生相应改变，从而实时监测微悬臂梁上的吸附反应过程。本发明可以实现金属离子吸附过程特性的实时监测，能够深入探索金属离子在矿物颗粒表面的作用机制，揭示微观吸附机理，为药剂的设计和选择提供理论依据。本发明方法简单，快捷，易于实现。

技术研发人员：方菲;闵凡飞;薛长国;杜佳;刘春福;黄缓缓;张雪菲;任豹;牛晓燕;张涛钢
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2018.07.11
技术公布日：2018.12.07