修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置。該裝置包括土壤室和分別設(shè)于土壤室兩端的陽極室、陰極室，土壤室與陽極室之間、土壤室與陰極室之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB，陽極室內(nèi)設(shè)有陽極，陰極室內(nèi)設(shè)有陰極，陽極和陰極分別與直流電源的兩端相連。本實(shí)用新型專利技術(shù)的裝置將電動(dòng)力學(xué)與靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)用以提高PRB機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性能、可高效去除污染土壤中的金屬離子。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置
本技術(shù)屬于資源環(huán)境
，涉及一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，可用于修復(fù)煤矸石路基材料污染土壤中的金屬離子。
技術(shù)介紹
20世紀(jì)90年代以前，修復(fù)重金屬污染土壤主要采用挖掘填埋法，這種方法是將土壤中的重金屬進(jìn)行固化處理，降低其遷移率，在短時(shí)間內(nèi)阻隔了污染的傳播，但土壤中殘留的有毒成分仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)，降低對植物的肥效，且土壤異位修復(fù)法在抽取土壤的過程中就容易對環(huán)境造成一定的危害。隨后出現(xiàn)的電動(dòng)力學(xué)技術(shù)對于原位修復(fù)土壤中的重金屬非常有效，特別適用于修復(fù)低滲透性土壤。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)土壤是通過電滲析、電泳、電遷移的作用，在低直流電下，污染物向電極室運(yùn)移，并集中處理。然而，重金屬等污染物在土壤中富集、沉淀并沒有根本達(dá)到去除污染的效果，需要進(jìn)一步完善或結(jié)合新技術(shù)以提高污染去除率。近年來，許多國內(nèi)外的專家學(xué)者將電動(dòng)力學(xué)與滲透性反應(yīng)墻(PRB)結(jié)合起來，與外接的PRB方式和單獨(dú)的電動(dòng)力學(xué)相比，原位PRB聯(lián)用電動(dòng)力學(xué)能發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，能更有效的去除土壤中的重金屬離子、硝酸鹽、硫酸鹽等有害物質(zhì)。PRB反應(yīng)器中的活性吸附材料可分為多種，可按照去除對象劃分。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)e0作為PRB吸附介質(zhì)協(xié)同電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過多種重金屬離子、硝酸鹽等物質(zhì)，去除效果較明顯。然而，F(xiàn)etl在修復(fù)過程中容易氧化生成Fetl衍生物，容易影響電動(dòng)力學(xué)對土壤中金屬離子等的修復(fù)效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將電動(dòng)力學(xué)與靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)用以提高PRB機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性能、可高效去除污染土壤中金屬離子的修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案為一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，所述裝置為電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)合修復(fù)裝置，所述聯(lián)合修復(fù)裝置包括土壤室和分別設(shè)于土壤室兩端的陽極室、陰極室，所述土壤室與陽極室之間、土壤室與陰極室之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB，所述陽極室內(nèi)設(shè)有陽極，所述陰極室內(nèi)設(shè)有陰極，所述陽極和陰極分別與直流電源的兩端相連。作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn):所述靜電紡絲納米纖維膜PRB的兩側(cè)各貼附有一層濾紙。所述陽極和陰極均為石墨電極；所述土壤室為管狀結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:本技術(shù)的裝置是基于電動(dòng)力學(xué)和滲透性反應(yīng)墻(PRB)的原理，采用一種能高效去除污染土壤中金屬離子的活性納米材料作為PRB，將電動(dòng)力學(xué)裝置結(jié)構(gòu)與靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)用組成修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，以提高對金屬離子的吸附性能。靜電紡絲是一種制備聚合物納米纖維材料的技術(shù)，制作簡單，成本低廉，靜電紡絲聚合物納米纖維膜具有比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用作纖維過濾材料，還用于能源、光電、催化、傳感器等領(lǐng)域，具有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。本技術(shù)采用靜電紡絲納米纖維膜PRB有利于克服現(xiàn)有PRB機(jī)械強(qiáng)度低、耐化學(xué)腐蝕性能差等缺陷。本技術(shù)可采用靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維膜PRB，聚丙烯腈納米纖維膜比表面積大、孔隙率高，且對金屬離子的吸附效果明顯，將其作為PRB有助于提高電動(dòng)力學(xué)的修復(fù)效果。針對金屬離子的去除率低和吸附劑易失效等缺點(diǎn)，聚丙烯腈(PAN)納米纖維具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐候性、耐日曬性和耐化學(xué)試劑性等優(yōu)點(diǎn)，PAN大分子中含有氰基(-CN)，可以與多種試劑作用生成不同的官能團(tuán)，能與金屬離子生成絡(luò)合物，可用作吸附重金屬離子的材料，且具有較好的吸附效果。本技術(shù)的裝置采用電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)合修復(fù)裝置，該裝置中靜電紡絲納米纖維膜被裝夾在土壤室的兩端，既能分隔污染土壤與陰陽極室中的電解質(zhì)溶液，又能吸附富集在靠近陰陽極的污染土壤中的金屬離子。在電場力的作用下，污染土壤中的離子主要受到電滲析、電遷移及電泳的作用。以Zn2+、Fe3+、Ca2+為例，在電場力的作用下，污染土壤中的Zn2+、Fe3+主要受到土壤陰陽極兩端的pH值變化，在電動(dòng)力學(xué)的作用下，陽極的PH值下降，陰極的pH值上升。這是由于Zn2+、Fe3+在修復(fù)開始時(shí)在電遷移的作用下向陰極遷移，同時(shí)陰極PH值的上升使遷移到陰極的Zn2+、Fe3+分別形成Zn (OH) 2和Fe (OH) 3沉淀。當(dāng)陰極的PH值繼續(xù)上升到10或以上時(shí)，Zn(OH)2由于其兩性氧化物的特性在堿性環(huán)境下溶解并分解成含氧陰離子ZnO22-;而Fe (OH) 3均能在酸性或堿性環(huán)境下被電離，堿性環(huán)境下的電離產(chǎn)物為FeO廣。因此，Zn2+、Fe3+均富集于陽極而被去除。大部分Ca2+在電遷移的作用下遷移到陰極被直接去除，少部分Ca2+在陰極pH值升高的情況下形成氫氧化鈣，殘留于土壤中。由金屬離子的遷移方向及原理，將靜電紡絲納米纖維膜夾在土壤的兩端可以達(dá)到很好的去除效果。【附圖說明】圖1為本技術(shù)實(shí)施例中修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本技術(shù)實(shí)施例中修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置右視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本技術(shù)實(shí)施例中靜電紡絲技術(shù)的原理示意圖。圖4為本技術(shù)實(shí)施例中聯(lián)合修復(fù)方法修復(fù)后Zn2+的濃度分布圖。圖5為本技術(shù)實(shí)施例中聯(lián)合修復(fù)方法修復(fù)后Ca2+的濃度分布圖。圖6為本技術(shù)實(shí)施例中聯(lián)合修復(fù)方法修復(fù)后Fe3+的濃度分布圖。圖7為對比例的純電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法修復(fù)后Zn2+的濃度分布圖。圖8為對比例的純電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法修復(fù)后Ca2+的濃度分布圖。圖9為對比例的純電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法修復(fù)后Fe3+的濃度分布圖。圖10為本技術(shù)實(shí)施例中聯(lián)合修復(fù)方法修復(fù)后土壤中重金屬離子的剩余濃度分布圖。圖11為本技術(shù)實(shí)施例中聯(lián)合修復(fù)方法修復(fù)后土壤的pH值變化情況。圖例說明:1、土壤室；2、陰極室；3、陽極室；4、靜電紡絲納米纖維膜PRB ;5、直流電源；6、陰極；7、陽極；8、KC1溶液；9、濾紙。【具體實(shí)施方式】以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本技術(shù)的保護(hù)范圍。實(shí)施例:一種本技術(shù)的修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，如圖1和圖2所示，該裝置為電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)合修復(fù)裝置，包括土壤室I和分別設(shè)于土壤室I兩端的陽極室3、陰極室2，土壤室I與陽極室3之間、土壤室I與陰極室2之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB4，具體為靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維膜PRB，靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維膜PRB的左右兩側(cè)各貼附有一層濾紙9，陽極室3內(nèi)設(shè)有石墨電極作為陽極7，陰極室2內(nèi)設(shè)有石墨電極作為陰極6，陽極7和陰極6分別與直流電源5的兩端相連。通常，在裝置的裝配過 程中，在土壤室I的兩端外圈均勻涂上凡士林，并分別粘上中間夾有靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維膜PRB的濾紙9，將該納米纖維膜作為PRB的反應(yīng)介質(zhì)，再通過法蘭連接土壤室I和陽極室3、土壤室I和陰極室2，最后將石墨電極連接直流電源5后進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)施例中，土壤室I為管狀結(jié)構(gòu)，長度L為11cm，直徑D為3.5cm ;陰極室2的長M、寬W、高H分別為5cm, 5cm和6cm,陽極室3的長Μ、寬W、高H分別為5cm, 5cm和6cm,陰極室2和陽極室3的主要材料均為有機(jī)玻璃。本實(shí)施例中，靜電紡絲聚丙烯腈(PAN)納米纖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，其特征在于，所述裝置為電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)合修復(fù)裝置，所述聯(lián)合修復(fù)裝置包括土壤室（1）和分別設(shè)于土壤室（1）兩端的陽極室（3）、陰極室（2），所述土壤室（1）與陽極室（3）之間、土壤室（1）與陰極室（2）之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB（4），所述陽極室（3）內(nèi)設(shè)有陽極（7），所述陰極室（2）內(nèi)設(shè)有陰極（6），所述陽極（7）和陰極（6）分別與直流電源（5）的兩端相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的裝置，其特征在于，所述裝置為電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)合修復(fù)裝置，所述聯(lián)合修復(fù)裝置包括土壤室(I)和分別設(shè)于土壤室(I)兩端的陽極室(3)、陰極室(2)，所述土壤室(I)與陽極室(3)之間、土壤室(I)與陰極室(2)之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB (4)，所述陽極室(3)內(nèi)設(shè)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭立，杜勇立，黃滿紅，楊明，張燕青，
申請(專利權(quán))人：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，東華大學(xué)，
類型：新型
國別省市：湖南;43