CN108500055A - 一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，包括电化学反应器、外壳、桨叶、搅拌杆、转轴和电机；所述电化学反应器内装有离子液体淋洗液，所述电化学反应器内两侧分别插入阴极电极板和阳极电极板，所述外壳中心处设有进料口，所述进料口上装有进料阀，所述外壳上端设有出料口，所述进料口上装有出料阀，所述外壳内装有至少一个所述桨叶，所述桨叶上至少设有一个所述搅拌杆，所述桨叶通过所述转轴与所述电机相连，所述外壳下端浸没在所述离子液体淋洗液中。本发明整体结构紧凑，占地面积小，操作简单，易维护，受污染土壤修复时间短，土壤修复效率高。

Description

一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机

技术领域

本发明涉及污染土壤治理和修复技术领域，具体地说涉及一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机。

背景技术

全球正面临着粮食安全、水资源短缺和环境污染等诸多问题，这些问题的出现均与水土资源密切相关。随着矿产资源的不合理开发与利用、污水灌溉、化肥、农药的大量施用、工业化和城镇化的迅速发展，土壤污染日益严重。其中，耕地土壤重金属污染问题尤为突出，大量农田土壤重金属含量超标直接影响了农作物的生长，导致产量下降，同时，富集在农产品中的重金属将最终引发食品安全问题，影响人类健康。

土壤重金属污染治理常用的方法包括热解吸法、电化学法和提取法。采用试剂淋洗法是一种借助淋洗试剂活化去除土壤重金属的修复技术，该技术具有修复效果显著、作用速度快、修复周期短、重金属去除彻底等优点。

中国专利申请CN201410036702.5公开了一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置及其方法，该方法通过淋洗和电化学反应使重金属污染物从土壤中分离出来，采用EDTA作为淋洗液且淋洗液可重复使用，具有一定的土壤处理效果，但是此发明处理设备复杂，设置多个转输泵和沉淀池，淋洗塔和电化学反应器分体式，占地面积大，整个土壤修复过程时间长，同时淋洗液损耗大，再生效果差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，本发明整体结构紧凑，占地面积小，操作简单，易维护，受污染土壤修复时间短，土壤修复效率高。

有鉴于此，本发明提供了一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，包括电化学反应器、外壳、桨叶、搅拌杆、转轴和电机；所述电化学反应器内装有离子液体淋洗液，用于螯合受污染土壤中的重金属使其脱除，所述电化学反应内两侧分别插入阴极电极板和阳极电极板，通过施加在阴极电极板和阳极电极板上的电流产生电场作用，使离子液体中螯合的重金属和部分土壤中游离的重金属迁移至电极板上，实现重金属的脱除和离子液体的再生；所述外壳通过支撑件固定在电化学反应器内，所述外壳中心处设有进料口，所述进料口上装有进料阀，用于控制受污染土壤的进料，所述外壳上端设有出料口，所述出料口上装有出料阀，用于净化土壤的出料；所述外壳内装有至少一个所述桨叶，所述桨叶通过所述转轴与所述电机相连，用于带动搅拌杆使外壳内的受污染土壤在外壳内与离子液体淋洗液充分接触反应，所述电机安装在底座上，所述桨叶上设置至少一个搅拌杆，以便更加均匀的使离子液体淋洗液得到分散；所述外壳下端浸没在所述离子液体淋洗液中，且浸没处为多孔网状结构，便于外壳内的离子液体淋洗液回流至电化学反应器内。

所述电机为变频控制，在低速运转时，保证外壳下端的受污染土壤与离子液体有充分接触的时间，有效去除重金属；当桨叶转速较快时，起到离心搅拌作用，进一步强化了离子液体淋洗液和受污染土壤的接触螯合作用，同时实现离子液体的回流循环使用。

优选的，所述离子液体淋洗液为咪唑类离子液体或吡啶类离子液体。

优选的，所述外壳下端浸没在离子液体淋洗液中的深度为外壳半径的1/5—4/5。

优选的，将所述离子液体淋洗液加热至30—80℃。

本发明工作原理：启动电机，使其在低速条件下旋转，依次带动转轴、桨叶和搅拌杆旋转，打开进料阀，关闭出料阀，将重金属污染土壤从外壳中心处的进料口送至外壳由于重力作用落至外壳下端，此时与电化学反应器内的离子液体淋洗液进行接触，离子液体淋洗液通过螯合作用吸附受污染土壤中的重金属将其脱除，随着桨叶的旋转，带动受污染土壤和离子液体淋洗液在外壳内做圆周和离心运动，同时由于搅拌杆的设置，起到了搅拌作用，由此使离子液体淋洗液和受污染土壤充分接触反应，保证了脱除效果；螯合了重金属的离子液体淋洗液由于外壳的阻挡和重力作用又落回至电化学反应器内，通过电化学反应器内设置的阴极电极板和阳极电极板，对其施加一定的电流，使重金属在电场的作用下迁移至电极板上，从而使重金属最终脱除富集的同时，将离子液体淋洗液得到循环利用；提高电机转速，打开出料阀，将净化完成的土壤从出料口排出，如此循环运行操作，即可同步完成重金属污染土壤的净化和离子液体淋洗液循环再利用。

本发明的有益效果：

1.本发明通过离子液体淋洗液为咪唑类离子液体或吡啶类离子液体作为淋洗液提高了土壤重金属的淋洗效率，有效吸附和去除土壤中的重金属，重金属选择性脱出效果好，处理速度快，实用性强。

2.本发明将重金属污染土壤的淋洗吸附操作和电场迁移脱附作用有机结合，形成一个重金属污染土壤修复一体机，无需输送泵及其管道作为中间转输设备，整体结构紧凑，占地面积小，操作简单，易维护。

3.本发明采用的咪唑类离子液体或吡啶类离子液体作为土壤中重金属去除的淋洗液，在高效螯合土壤中重金属的同时，利用离子液体具有高电导率的特性，在电场的作用下，使电化学反应器中的重金属从离子液体中迁移至电极的极板上，同步实现受污染土壤的净化和离子液体再生操作，节约了受污染土壤的修复时间，提高了土壤修复效率，土壤修复过程中无需进行脱水操作。

4.本发明采用的桨叶结构，其转速可灵活调节，在低速运转时，保证外壳下端的受污染土壤与离子液体有充分接触的时间，重金属去除效果好；当桨叶转速较快时，起到离心搅拌作用，进一步强化了离子液体淋洗液和受污染土壤的接触螯合作用，同时实现离子液体的回流循环使用。

附图说明

图1是本发明实施例1一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机的结构主视图。

图2是本发明实施例1一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机的结构侧视图。

附图中各部件的标记如下：1、电化学反应器，2、外壳，3、桨叶，4、搅拌杆，5、转轴，6、电机，701、阴极电极板，702、阳极电极板，8、离子液体淋洗液，9、进料口，10、进料阀，11、出料口，12、出料阀，13、支撑件，14、底座。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

如图1和图2所示，一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，包括电化学反应器1、外壳2、桨叶3、搅拌杆4、转轴5和电机6；所述电化学反应器1内装有1-丙基-3-甲基咪唑碘盐离子液体淋洗液8，用于螯合受污染土壤中的重金属使其脱除，所述电化学反应1内两侧分别插入阴极电极板701和阳极电极板702，通过施加在阴极电极板701和阳极电极板702上的电流产生电场作用，使离子液体中螯合的重金属和部分土壤中游离的重金属迁移至电极板上，实现重金属的脱除和离子液体的再生；所述外壳2通过支撑件13固定在电化学反应器1内，所述外壳2中心处设有进料口9，所述进料口9上装有进料阀10，用于控制受污染土壤的进料，所述外壳2上端设有出料口11，所述出料口上装有出料阀12，用于净化土壤的出料；所述外壳2内装有三个所述桨叶3，所述桨叶3通过所述转轴5与所述电机6相连，用于带动搅拌杆4使外壳内的受污染土壤在外壳2内与离子液体淋洗液8充分接触反应，所述电机6安装在底座14上，所述桨叶3上设置两个搅拌杆4，以便更加均匀的使离子液体淋洗液8得到分散；所述外壳2下端浸没在所述离子液体淋洗液8中的深度为外壳2半径的1/5，且浸没处为多孔网状结构，便于外壳2内的离子液体淋洗液8回流至电化学反应器1内。

所述电机6为变频控制，在低速运转时，保证外壳2下端的受污染土壤与离子液体有充分接触的时间，有效去除重金属；当桨叶3转速较快时，起到离心搅拌作用，进一步强化了离子液体淋洗液和受污染土壤的接触螯合作用，同时实现离子液体的回流循环使用。

将含有六价铬、铅和硒的重金属污染土壤采用上述一体机修复，经过1h淋洗后的土壤中六价铬的去除率达到86.5％，铅的去除率84.4%，硒的去除率为82.8%。

实施例2

一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，包括电化学反应器1、外壳2、桨叶3、搅拌杆4、转轴5和电机6；所述电化学反应器1内装有1-丁基-3-甲基咪唑碘盐离子液体淋洗液8，用于螯合受污染土壤中的重金属使其脱除，所述电化学反应1内两侧分别插入阴极电极板701和阳极电极板702，通过施加在阴极电极板701和阳极电极板702上的电流产生电场作用，使离子液体中螯合的重金属和部分土壤中游离的重金属迁移至电极板上，实现重金属的脱除和离子液体的再生；所述外壳2通过支撑件13固定在电化学反应器1内，所述外壳2中心处设有进料口9，所述进料口9上装有进料阀10，用于控制受污染土壤的进料，所述外壳2上端设有出料口11，所述出料口上装有出料阀12，用于净化土壤的出料；所述外壳2内装有三个所述桨叶3，所述桨叶3通过所述转轴5与所述电机6相连，用于带动搅拌杆4使外壳内的受污染土壤在外壳2内与离子液体淋洗液8充分接触反应，所述电机6安装在底座14上，所述桨叶3上设置两个搅拌杆4，以便更加均匀的使离子液体淋洗液8得到分散；所述外壳2下端浸没在所述离子液体淋洗液8中的深度为外壳2半径的1/2，且浸没处为多孔网状结构，便于外壳2内的离子液体淋洗液8回流至电化学反应器1内。

所述电机6为变频控制，在低速运转时，保证外壳2下端的受污染土壤与离子液体有充分接触的时间，有效去除重金属；当桨叶3转速较快时，起到离心搅拌作用，进一步强化了离子液体淋洗液和受污染土壤的接触螯合作用，同时实现离子液体的回流循环使用。

将含有六价铬的重金属污染土壤采用上述一体机修复，经过1h淋洗后的土壤中六价铬的去除率达到95％。

实施例3

一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，包括电化学反应器1、外壳2、桨叶3、搅拌杆4、转轴5和电机6；所述电化学反应器1内装有甲烷二磺酸二吡啶盐离子液体淋洗液8，用于螯合受污染土壤中的重金属使其脱除，所述电化学反应1内两侧分别插入阴极电极板701和阳极电极板702，通过施加在阴极电极板701和阳极电极板702上的电流产生电场作用，使离子液体中螯合的重金属和部分土壤中游离的重金属迁移至电极板上，实现重金属的脱除和离子液体的再生；所述外壳2通过支撑件13固定在电化学反应器1内，所述外壳2中心处设有进料口9，所述进料口9上装有进料阀10，用于控制受污染土壤的进料，所述外壳2上端设有出料口11，所述出料口上装有出料阀12，用于净化土壤的出料；所述外壳2内装有三个所述桨叶3，所述桨叶3通过所述转轴5与所述电机6相连，用于带动搅拌杆4使外壳内的受污染土壤在外壳2内与离子液体淋洗液8充分接触反应，所述电机6安装在底座14上，所述桨叶3上设置两个搅拌杆4，以便更加均匀的使离子液体淋洗液8得到分散；所述外壳2下端浸没在所述离子液体淋洗液8中的深度为外壳2半径的4/5，且浸没处为多孔网状结构，便于外壳2内的离子液体淋洗液8回流至电化学反应器1内。

所述电机6为变频控制，在低速运转时，保证外壳2下端的受污染土壤与离子液体有充分接触的时间，有效去除重金属；当桨叶3转速较快时，起到离心搅拌作用，进一步强化了离子液体淋洗液和受污染土壤的接触螯合作用，同时实现离子液体的回流循环使用。

将含有六价铬、铜和锰的重金属污染土壤采用上述一体机修复，经过1h淋洗后的土壤中六价铬的去除率达到92％，铜的去除率88.7%，锰的去除率为85.6%。

实施例4

具体实施方式与实施例3相同，区别在于将离子液体淋洗液加热至60℃，此时，经过1h淋洗后的土壤中六价铬的去除率达到94.2％，铜的去除率90.3%，锰的去除率为88.2%。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，包括电化学反应器(1)、外壳(2)、桨叶(3)、搅拌杆(4)、转轴(5)和电机(6)；所述电化学反应器(1)内装有离子液体淋洗液(8)，所述电化学反应器(1)内两侧分别插入阴极电极板(701)和阳极电极板(702)，所述外壳(2)中心处设有进料口(9)，所述进料口(9)上装有进料阀(10)，所述外壳(2)上端设有出料口(11)，所述进料口(11)上装有出料阀(12)，所述外壳(2)内装有至少一个所述桨叶(3)，所述桨叶(3)上至少设有一个所述搅拌杆(4)，所述桨叶(3)通过所述转轴(5)与所述电机(6)相连，所述外壳(2)下端浸没在所述离子液体淋洗液(8)中。

2.根据权利要求1所述的基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，所述离子液体淋洗液(8)为咪唑类离子液体或吡啶类离子液体。

3.根据权利要求1所述的基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，所述外壳(2)下端为多孔网状结构。

4.根据权利要求1所述的基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，所述电机(6)为变频控制。

5.根据权利要求1所述的基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，所述外壳(2)下端浸没在离子液体淋洗液(8)中的深度为所述外壳(2)半径的1/5—4/5。

6.根据权利要求1所述的基于离子液体的重金属污染土壤修复一体机，其特征在于，所述离子液体淋洗液加热至30—80℃。