一種去除重金屬汙染土壤的電動修復技術與方法與流程
2024-04-04 14:04:05
本發明公開了一種去除重金屬汙染土壤的電動修復技術與方法，屬於土壤修復技術領域。
背景技術：
根據2014年《全國土壤汙染狀況調查公報》可知，在2005年4月至2013年12月環保部和國土資源部對全國土壤汙染狀況進行了首次調查，第一次了解了我國土壤環境質量的基本狀況。公報稱，全國土壤環境形勢總體不容樂觀，點位總超標率達到16.1％，其中82.8％的土壤環境汙染為重金屬汙染，部分地區土壤汙染比較嚴重，例如珠江三角洲、長江三角洲、東北老工業基地等區域；耕地環境質量堪憂，調查範圍耕地土壤超標率達到19.4％，主要汙染物為鎘、鎳、砷、汞、鉛等；工礦業廢棄地等典型地塊土壤環境問題突出，如重汙染企業用地汙染比例36.3％，工業廢棄地汙染比例34.9％，工業園區土壤汙染比例29.4％，採礦區土壤汙染比例33.4％，汙染灌溉區土壤汙染比例26.4％，這些區域土壤汙染大部分是重金屬汙染，如工業廢棄地主要為鉻、鉛、汞、鋅和砷汙染，工業園區主要為鎘、鉛、銅和砷汙染，採礦區主要為鎘、鉛、砷汙染，汙水灌溉區主要為鎘和砷汙染。
電動力學修復，是在汙染土壤兩端施加一定電壓，使土壤中產生微弱直流電流，在微弱電流作用下土壤中會發生各種電動力學過程，包括電遷移、電泳、電滲透、擴散等等複雜的過程，在這些過程的作用下，土壤中帶電荷無機離子、有機物、膠體和細胞等粒子發生定向遷移，帶陰離子粒子向陽極移動，帶陽離子粒子向陰極移動，最終汙染物聚集在陰陽極電解液中或者靠近陰陽極的土壤中達到去除汙染物的目的，但是現有電動修復電極材料耐腐蝕性較差，在電解質中易分解失效，所以需要一種安全長久的去除重金屬汙染土壤的電動修復技術很有必要。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對現有電動修復電極材料耐腐蝕性較差，在電解質中易分解失效的問題，提供了一種通過將銅渣酸解改性後，在氯化鉀溶液中浸泡活化，隨後使硼酸三甲酯生長至電極表面，形成保護層，有效的對電解質中電極材料進行保護並很好的解決了現有電動修復電極材料耐腐蝕性較差，在電解質中易分解失效的問題。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
(1)收集銅渣洗淨並自然晾乾，隨後按質量比1:5，將晾乾銅渣與質量濃度10％鹽酸溶液攪拌混合，再在55～60℃下水浴加熱10～15min，隨後靜置冷卻至室溫，在200～300r/min下球磨3～5h，製備得改性銅渣粉末；
(2)按質量比1:10，將上述製備的改性銅渣粉末與去離子水攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩處理10～15min，製備得改性銅渣粉末分散液，隨後按質量比1:5，將硼酸三甲酯溶液與改性銅渣粉末分散液攪拌混合，並置於高壓反應釜中，通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，加熱升溫至78～80℃，保溫加熱1～2h後，靜置冷卻並過濾收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再在65～70℃下乾燥6～8h，製備得乾燥多孔銅渣電極材料；
(3)按質量比1:5，將上述製備的乾燥多孔銅渣電極材料與質量濃度15％氯化鉀溶液攪拌混合，再在25～40℃下水浴加熱1～2h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再對其碾磨並過120～125標準篩，收集改性銅渣電極粉末並置於模具中，在25～30MPa下冷壓固化3～5h，製備得改性多孔銅渣電極；
(4)選取兩段10～15cm長，直徑為10mm的上述製備的改性多孔銅渣電極，分別接入導線並置於質量濃度35％氯化鈉溶液中，將氯化鈉溶液注入30cm×20cm×10cm聚乙烯容器中，控制注入量為聚乙烯容器體積的1/2，隨後將聚乙烯容器埋入需要修復的土壤中，隨後設置電壓為30～40v，隨後打開電源進行修復，待修復5～7天即可完成去除重金屬汙染土壤的電動修復。
本發明的有益效果是：
(1)本發明通過銅渣進行製備，汙泥中Zn、Ni、Cu、Pb的去除率分別達到78.2％、72.8％、42.5％；
(2)本發明原料易得，製備過程簡單，提取方法成本低，適合工業化生產。
具體實施方式
首先收集銅渣洗淨並自然晾乾，隨後按質量比1:5，將晾乾銅渣與質量濃度10％鹽酸溶液攪拌混合，再在55～60℃下水浴加熱10～15min，隨後靜置冷卻至室溫，在200～300r/min下球磨3～5h，製備得改性銅渣粉末；按質量比1:10，將上述製備的改性銅渣粉末與去離子水攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩處理10～15min，製備得改性銅渣粉末分散液，隨後按質量比1:5，將硼酸三甲酯溶液與改性銅渣粉末分散液攪拌混合，並置於高壓反應釜中，通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，加熱升溫至78～80℃，保溫加熱1～2h後，靜置冷卻並過濾收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再在65～70℃下乾燥6～8h，製備得乾燥多孔銅渣電極材料；按質量比1:5，將上述製備的乾燥多孔銅渣電極材料與質量濃度15％氯化鉀溶液攪拌混合，再在25～40℃下水浴加熱1～2h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再對其碾磨並過120～125標準篩，收集改性銅渣電極粉末並置於模具中，在25～30MPa下冷壓固化3～5h，製備得改性多孔銅渣電極；選取兩段10～15cm長，直徑為10mm的上述製備的改性多孔銅渣電極，分別接入導線並置於質量濃度35％氯化鈉溶液中，將氯化鈉溶液注入30cm×20cm×10cm聚乙烯容器中，控制注入量為聚乙烯容器體積的1/2，隨後將聚乙烯容器埋入需要修復的土壤中，隨後設置電壓為30～40v，隨後打開電源進行修復，待修復5～7天即可完成去除重金屬汙染土壤的電動修復。
實例1
首先收集銅渣洗淨並自然晾乾，隨後按質量比1:5，將晾乾銅渣與質量濃度10％鹽酸溶液攪拌混合，再在55℃下水浴加熱10min，隨後靜置冷卻至室溫，在200r/min下球磨3h，製備得改性銅渣粉末；按質量比1:10，將上述製備的改性銅渣粉末與去離子水攪拌混合，在200W下超聲振蕩處理10min，製備得改性銅渣粉末分散液，隨後按質量比1:5，將硼酸三甲酯溶液與改性銅渣粉末分散液攪拌混合，並置於高壓反應釜中，通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，加熱升溫至78℃，保溫加熱1h後，靜置冷卻並過濾收集濾餅，用去離子水洗滌3次後，再在65℃下乾燥6h，製備得乾燥多孔銅渣電極材料；按質量比1:5，將上述製備的乾燥多孔銅渣電極材料與質量濃度15％氯化鉀溶液攪拌混合，再在25℃下水浴加熱1h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3次後，再對其碾磨並過120標準篩，收集改性銅渣電極粉末並置於模具中，在25MPa下冷壓固化4h，製備得改性多孔銅渣電極；選取兩段10cm長，直徑為10mm的上述製備的改性多孔銅渣電極，分別接入導線並置於質量濃度35％氯化鈉溶液中，將氯化鈉溶液注入30cm×20cm×10cm聚乙烯容器中，控制注入量為聚乙烯容器體積的1/2，隨後將聚乙烯容器埋入需要修復的土壤中，隨後設置電壓為30v，隨後打開電源進行修復，待修復5天即可完成去除重金屬汙染土壤的電動修復。
實例2
首先收集銅渣洗淨並自然晾乾，隨後按質量比1:5，將晾乾銅渣與質量濃度10％鹽酸溶液攪拌混合，再在57下水浴加熱13min，隨後靜置冷卻至室溫，在250r/min下球磨4h，製備得改性銅渣粉末；按質量比1:10，將上述製備的改性銅渣粉末與去離子水攪拌混合，在250W下超聲振蕩處理12min，製備得改性銅渣粉末分散液，隨後按質量比1:5，將硼酸三甲酯溶液與改性銅渣粉末分散液攪拌混合，並置於高壓反應釜中，通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，加熱升溫至79℃，保溫加熱1h後，靜置冷卻並過濾收集濾餅，用去離子水洗滌4次後，再在69℃下乾燥7h，製備得乾燥多孔銅渣電極材料；按質量比1:5，將上述製備的乾燥多孔銅渣電極材料與質量濃度15％氯化鉀溶液攪拌混合，再在32℃下水浴加熱1.5h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌4次後，再對其碾磨並過124標準篩，收集改性銅渣電極粉末並置於模具中，在26MPa下冷壓固化4h，製備得改性多孔銅渣電極；選取兩段13cm長，直徑為10mm的上述製備的改性多孔銅渣電極，分別接入導線並置於質量濃度35％氯化鈉溶液中，將氯化鈉溶液注入30cm×20cm×10cm聚乙烯容器中，控制注入量為聚乙烯容器體積的1/2，隨後將聚乙烯容器埋入需要修復的土壤中，隨後設置電壓為35v，隨後打開電源進行修復，待修復6天即可完成去除重金屬汙染土壤的電動修復。
實例3
首先收集銅渣洗淨並自然晾乾，隨後按質量比1:5，將晾乾銅渣與質量濃度10％鹽酸溶液攪拌混合，再在60℃下水浴加熱15min，隨後靜置冷卻至室溫，在300r/min下球磨5h，製備得改性銅渣粉末；按質量比1:10，將上述製備的改性銅渣粉末與去離子水攪拌混合，在300W下超聲振蕩處理15min，製備得改性銅渣粉末分散液，隨後按質量比1:5，將硼酸三甲酯溶液與改性銅渣粉末分散液攪拌混合，並置於高壓反應釜中，通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，加熱升溫至80℃，保溫加熱2h後，靜置冷卻並過濾收集濾餅，用去離子水洗滌5次後，再在70℃下乾燥8h，製備得乾燥多孔銅渣電極材料；按質量比1:5，將上述製備的乾燥多孔銅渣電極材料與質量濃度15％氯化鉀溶液攪拌混合，再在40℃下水浴加熱2h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌5次後，再對其碾磨並過125標準篩，收集改性銅渣電極粉末並置於模具中，在30MPa下冷壓固化5h，製備得改性多孔銅渣電極；選取兩段15cm長，直徑為10mm的上述製備的改性多孔銅渣電極，分別接入導線並置於質量濃度35％氯化鈉溶液中，將氯化鈉溶液注入30cm×20cm×10cm聚乙烯容器中，控制注入量為聚乙烯容器體積的1/2，隨後將聚乙烯容器埋入需要修復的土壤中，隨後設置電壓為40v，隨後打開電源進行修復，待修復7天即可完成去除重金屬汙染土壤的電動修復。