一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置及其应用

本发明属于环境保护领域，涉及一种用于非水相土壤界面有机污染物迁移研究领域，具体而言，涉及一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置及其应用。

背景技术：

1、随着经济快速发展和工业化进程的加快，土壤污染问题越来越突出，其中，有机物污染在土壤污染中占很大比例，有机污染物主要包括有多环芳烃、抗生素和三氯生等，它们具有较高毒性，可在生物体内积累，也可通过食物链进入人体，对人类健康和生态环境造成巨大威胁。

2、有机污染物在土壤中生物和非生物转化过程决定了它们的赋存形态、生物有效性和生态效应，以往研究主要集中于水环境或土壤-水悬浊液体系，这并不能代表所有实际土壤环境。砂土、壤砂土、砂壤土、壤土、粘壤土、黏土土壤的最大田间持水量参考值分别为5％、8％、14％、18％、30％、40％，除部分淹水环境外，自然环境中的绝大多数土壤处于水分非饱和状态，表层土壤受蒸腾作用影响较大，相对于深层土壤具有更低的含水量，因此，在溶液相/水相悬浊液体系下土壤与有机污染物的研究并不完全适用于土壤环境。近年来，非水相土壤界面有毒有机污染转化引起广泛关注，相关实验多在临时装置如干燥器、塑料盒中进行，难以满足黑暗、光照、不同波长范围光照和不同空气氛围的多种环境下的研究需求。因此，有必要设计一种非水相土壤或矿物界面有机污染物转化的研究装置，以适用于不同环境湿度、黑暗、不同波长范围光照以及不同气体氛围下非水相土壤或矿物界面有机污染物转化的研究。

技术实现思路

1、针对现有技术中土壤或矿物中有机污染物研究集中于溶液相/水相悬浊液体系，难以模拟真实土壤环境的问题，以及非水相土壤或矿物界面有毒有机污染物转化研究装置难以满足多种环境下的研究需求，本发明目的在于提供一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置及其应用，通过于装置内放置不同的干燥剂以调控环境湿度、同时选用不同的滤光片达到光调节的目的，另外，通过向装置内通入不同的气体，从而有效模拟土壤污染物在不同空气湿度、光照条件以及气体环境下的迁移转化情况，对于非水相土壤和矿物界面有机污染物转化研究具有重要意义。

2、基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，包括顶部开口箱体，箱体内放置有顶部开口的粉料盒，粉料盒上设有与其相匹配的孔板，孔板上放置有试管架；箱体顶部设有滤光片和密封橡胶套；密封橡胶套设于箱体顶部与滤光片的接合处。

4、本发明将有机污染物污染的土壤或矿物置于样品瓶放于试管架上，同时于粉料盒中放置干燥剂，控制箱体内的空气湿度，于箱体顶部更换不同滤光片控制光照条件，如光照、黑暗、不同波长范围光照等，同时利用密封橡胶套对装置进行密封，为土壤或矿物样品提供不同的环境条件，进而能够充分模拟土壤或矿物样品在不同环境条件下的迁移转化情况，相对于现有溶液相/水相悬浊液体系的土壤或矿物污染物迁移分析，本发明装置能够更为真实的模式土壤或矿物的环境，研究结果更为可靠。

5、进一步地，孔板上开设有通孔，将孔板放于粉料盒上以及将试管架置于孔板上时，孔板上未被覆盖的通孔的垂直投影均落入粉料盒内。

6、孔板的作用一方面作为试管架的支撑板，另一方面为粉料盒内的干燥剂提供通孔以控制箱体内的空气湿度，因此采用上述结构设计，确保孔板上述两个功能的实现。

7、进一步地，箱体侧面开设有进气孔和排气孔，进气孔处固定有进气阀；排气孔处固定有排气阀。

8、本发明进一步在箱体上连接进气阀和排气阀，可通过外接不同的气体，为箱体内提供不同的气体环境，如通入氮气、氧气，可满足空气、厌氧、好氧等条件下非水相土壤或矿物界面有机污染物的转化情况。

9、进一步地，箱体上还设有与箱体顶部相配合的垫圈，滤光片置于垫圈上。

10、垫圈的作用一方面对滤光片进行缓冲，另一方面有利于后续的密封。

11、进一步地，装置还包括弹性橡胶圈，弹性橡胶圈垂直套于箱体和滤光片的外侧。

12、密封橡胶套主要用于对滤光片和箱体顶部接触的界面进行密封，弹性橡胶圈则从垂直的方向将滤光片捆绑固定于箱体上，进一步增强箱体内的密封性，以保证箱体内湿度和气体环境的稳定。

13、第二方面，本发明提供一种非水相土壤或矿物界面有机污染物迁移转化的模拟方法，该模拟方法是基于上述装置实现，包括如下步骤：

14、(1)将盛装有机污染物的土壤或矿物样品置于样品瓶中，放置于试管架上；向粉料盒中装入湿度控制材料，将粉料盒置于箱体内；再依次将孔板置于粉料盒上，将试管架置于孔板上，根据试验光照条件要求，选择相应的滤光片，并分别用弹性橡胶圈和密封橡胶套将滤光片密封固定于箱体上；根据不同的气体氛围要求，通过进气阀外接不同气源以调控箱体内的气体气氛，为样品提供不同的湿度、光照、气体氛围条件；

15、(2)分别统计试验前后土壤或矿物样品中有机污染物的含量，计算有机污染物的残留率，分析非水相土壤或矿物界面有机污染物于装置内模拟环境下的迁移转化情况。

16、通过上述方法，本发明能够在非水相体系下，对土壤、矿物界面的有机污染物的迁移转化进行更接近真实环境的模拟研究。

17、进一步地，湿度控制材料包括五氧化二磷粉末、氯化锂粉末、氯化镁粉末、硝酸镁粉末、溴化钾粉末中的至少一种；粉料盒中湿度控制材料的重量不低于200g。

18、本发明通过上述湿度控制材料对箱体内的湿度进行调节，譬如于粉料盒中放置五氧化二磷粉末，模拟箱体内的干燥环境；于粉料盒中放置氯化锂粉末，模拟箱体内湿度为10％的环境；于粉料盒中放置氯化镁粉末，模拟箱体内湿度为32％的环境；于粉料盒中放置硝酸镁粉末，模拟箱体内湿度为54％的环境；于粉料盒中放置溴化钾粉末，模拟箱体内湿度为80％的环境。

19、上述粉末于粉料盒中的放入量不低于200g，以便是箱体内的环境快速达到预期湿度。

20、进一步地，滤光片包括棕色玻璃板、石英玻璃板、290nm滤光片、400nm滤光片。

21、棕色玻璃板模拟黑暗环境，石英玻璃板模拟全波长光照环境、290nm滤光片模拟太阳光照环境、400nm滤光片模拟可见光照环境。通过替换不同的滤光片，能够对试样的光照环境条件进行切换模拟。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、本发明设计了一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，相对于现有溶液相/水相悬浊液体系的土壤或矿物污染物迁移分析，本发明装置能够更为真实的模式土壤或矿物的环境，研究结果更为可靠，弥补了现有专门用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化过程研究装置的空缺。

24、另外，本发明装置可以模拟非水相土壤、矿物中有机污染物在不同的光照、气体氛围和湿度等环境下的迁移转化情况，适用范围广。

技术特征：

1.一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，其特征在于，所述装置包括顶部开口箱体，箱体内放置有顶部开口的粉料盒，粉料盒上设有与其相匹配的孔板，所述孔板上放置有试管架；所述箱体顶部设有滤光片和密封橡胶套；所述密封橡胶套设于箱体顶部与滤光片的接合处。

2.根据权利要求1所述的用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，其特征在于，所述孔板上开设有通孔，将孔板放于粉料盒上以及将试管架置于孔板上时，所述孔板上未被覆盖的通孔的垂直投影均落入粉料盒内。

3.根据权利要求1所述的用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，其特征在于，所述箱体侧面开设有进气孔和排气孔，所述进气孔处固定有进气阀；所述排气孔处固定有排气阀。

4.根据权利要求1所述的用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，其特征在于，所述箱体上还设有与箱体顶部相配合的垫圈，所述滤光片置于垫圈上。

5.根据权利要求1所述的用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究的装置，其特征在于，所述装置还包括弹性橡胶圈，所述弹性橡胶圈垂直套于箱体和滤光片的外侧。

6.一种非水相土壤或矿物界面有机污染物迁移转化的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法基于权利要求1～5任一项所述装置进行。

7.根据权利要求6所述的非水相土壤或矿物界面有机污染物迁移转化的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的非水相土壤或矿物界面有机污染物迁移转化的模拟方法，其特征在于，所述湿度控制材料包括五氧化二磷粉末、氯化锂粉末、氯化镁粉末、硝酸镁粉末、溴化钾粉末中的至少一种；所述粉料盒中湿度控制材料的重量不低于200g。

9.根据权利要求6所述的非水相土壤或矿物界面有机污染物迁移转化的模拟方法，其特征在于，所述滤光片包括棕色玻璃板、石英玻璃板、290nm滤光片、400nm滤光片。

技术总结
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化研究装置及其应用，本发明装置包括置于箱体内的粉料盒、孔板、试管架；箱体顶部设有滤光片和用于滤光片密封固定的密封橡胶套。本发明装置能够为土壤或矿物样品提供不同的环境条件如不同的光照、湿度、气体氛围等，进而能够充分模拟土壤或矿物样品在不同环境条件下的迁移转化情况，相对于现有溶液相/水相悬浊液体系的土壤或矿物污染物迁移分析，本发明装置能够更为真实的模式土壤或矿物的环境，研究结果更为可靠，且适用范围广，弥补了现有专门用于非水相土壤或矿物界面有机污染物转化过程研究装置的空缺。

技术研发人员：程鹏飞,李冠霖,李良辉,赵旭强,杜道林
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17