CN110355198A - 一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液 - Google Patents

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宋新山
谢璟
王宇晖
王逸飞
司志浩
葛晓燕
赵雨枫
曹新
彭程
蒋兴一
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
    • B09C1/085—Reclamation of contaminated soil chemically electrochemically, e.g. by electrokinetics

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Abstract

本发明涉及一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，所述阴极电解液为天然松针提取液。本发明通过松针提取液自身的有机酸性能有效地抑制阴极区pH值突跃，加速重金属阳离子向阴极区电迁移；同时向土壤中引入了大量的氨基酸离子等营养物质，对土壤起到有机改良作用。

Description

一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液
技术领域
本发明属于土壤修复领域，特别涉及一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液。
背景技术
我国受重金属污染的土壤面积约2000万m2，占耕地总面积的1/5，每年被污染的粮食高达千万吨。由于重金属污染具有长期性、累积性、隐蔽性、潜伏性和不可逆性等特点，其不仅危害农作物的生长，还可通过食物链的富集向人体传递，危害人体的健康。
电动修复就是在土壤中施加电场形成电流，通过电迁移、电渗流、电泳等机制使得土壤中的带正电的重金属离子迁移至阴极，然后对之进行回收。但由于阴极电解水产生的OH-，可与重金属离子结合生成沉淀堵塞土壤孔隙，导致重金属的去除效率大大降低。为抑制阴极pH值的增高，经常在工程中采用酸性溶液或缓冲溶液作为阴极电解液来强化土壤电动修复。
常用的阴极控制电解液有有机酸(柠檬酸、草酸、醋酸等)、无机酸(硝酸、盐酸等)、缓冲溶液(醋酸-醋酸钠缓冲溶液等)。但是化学试剂的引入往往带来较大不确定性的潜在环境风险，如使用盐酸可导致土壤酸化，增加土壤孔隙水中的氯离子含量并可能在阳极生成有毒的氯气。
目前，以松针提取液作为一种绿色阴极电解液运用于土壤电动修复鲜有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，通过松针提取液自身的有机酸性能有效地抑制阴极区pH值突跃，加速重金属阳离子向阴极区电迁移；同时向土壤中引入了大量的氨基酸离子等营养物质，对土壤起到有机改良作用。
本发明提供了一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，所述阴极电解液为天然松针提取液。
所述天然松针选自华山松、黄山松、雪松、白皮松、湿地松中的一种或几种，酸性越强的松针叶效果越好。
所述天然松针提取液的制备方法包括：将天然松针洗净、避光晾干，然后剪成1-2cm小段、打碎角质层、自来水浸泡12小时，然后50-60℃水浴提取8-10h，最后150-200目纱网过滤，弃滤渣，即得。12小时的浸泡可以将松针中酸性物质的溶出，同时保持其新鲜程度。50-60℃的水浴温度可以加速松针中酸性物质的释放，同时不至于破坏氨基酸的酸性成分。150-200目的纱网过滤可以滤掉大部分的颗粒性杂质，利用提取液在阴极区快速渗透进入土壤。
所述水浴提取料液比为1:1-15(g松针/mL自来水)。料液比越大，提取液的pH越低，缓冲能力越强，能够适用的电压梯度越高，缓冲时间越长，修复效果越显著。
所述天然松针提取液以土壤水饱和方式投加到阴极电解室。
所述阴极电解液适用的电动修复的电压梯度为1v-1.5v/cm。
所述天然松针提取液富含十几种氨基酸、莽草酸、水杨酸等天然有机酸，酸性温和、环保无毒、易于被生物降解，可增加土壤有机质含量。其中所含有的有机酸成分主要为氨基酸，能有效的对pH起到缓冲作用，抑制阴极区附近的pH突跃，加速重金属阳离子向阴极区的移动。故本发明所述的天然松针提取液在强化电动修复的过程中能够起到改良土壤的效果。
有益效果
本发明通过将松针提取液作为阴极电解液，能有效地抑制阴极pH突跃，松针汁液中含有的有机酸可增加重金属的可溶解性，防止其产生沉淀堆积在阴极附近阻碍重金属离子的迁移，从而增加重金属的去除效率；本发明使用方便，制取成本低廉，环境友好，能提高重金属污染土壤的电动修复效率，且向土壤中施加了天然有机成分，能够改良土壤，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
图2是本发明的实施结果图(修复结束时金属镉的迁移情况)。
图3是本发明的实施结果图(修复结束时金属铜的迁移情况)。
图4是本发明的实施结果图(修复结束时金属镍的迁移情况)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
天然松针提取液的制备方法包括：将天然松针洗净、避光晾干，然后剪成1-2cm小段、打碎角质层、自来水浸泡12小时，然后55℃水浴提取8h，最后180目纱网过滤，弃渣，即得滤液——松针提取液。
实施例1
将镉、铜、镍混合污染的土壤放置于装置之中，采用1:15料液比的天然松针提取液作为阴极电解液加入阴极电解室。阳极电解液为自来水，碳毡作为电极片，电压梯度1V/cm，通电修复7d。实验结束后，将土壤等分为5个部分，靠近阴极的为S1，靠近阳极的为S5。在每个部分的中线上三等分处分别取样，风干后混合均匀代表该部分土壤的重金属残留水平。重金属含量按照国家标准方法用火焰原子分光光度计(TAS-986)测定，电动修复后的三种重金属五部分的平均去除率较空白提升16.00％-31.89％。
实施例2
将镉、铜、镍混合污染的土壤放置于装置之中，采用1:5料液比的天然松针提取液作为阴极电解液加入阴极电解室。阳极电解液为自来水，碳毡作为电极片，电压梯度1V/cm，通电修复7d。实验结束后，将土壤等分为5个部分，靠近阴极的为S1，靠近阳极的为S5。在每个部分的中线上三等分处分别取样，风干后混合均匀代表该部分土壤的重金属残留水平。重金属含量按照国家标准方法用火焰原子分光光度计(TAS-986)测定，电动修复后的三种重金属五部分的平均去除率较空白提升22.19％-35.37％。
实施例3
将镉、铜、镍混合污染的土壤放置于装置之中，采用1:1料液比的天然松针提取液作为阴极电解液加入阴极电解室。阳极电解液为自来水，碳毡作为电极片，电压梯度1V/cm，通电修复7d。实验结束后，将土壤等分为5个部分，靠近阴极的为S1，靠近阳极的为S5。在每个部分的中线上三等分处分别取样，风干后混合均匀代表该部分土壤的重金属残留水平。重金属含量按照国家标准方法用火焰原子分光光度计(TAS-986)测定，电动修复后的三种重金属五部分的平均去除率较空白提升25.83％-38.95％。

Claims (6)

1.一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述阴极电解液为天然松针提取液。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述天然松针选自华山松、黄山松、雪松、白皮松、湿地松中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述天然松针提取液的制备方法包括：将天然松针洗净、避光晾干，然后剪成1-2cm小段、打碎角质层、自来水浸泡，然后50-60℃水浴提取8-10h，最后经150-200目纱网过滤，弃滤渣，即得提取液。
4.根据权利要求3所述的一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述水浴提取料液比为1:1-15。
5.根据权利要求1所述的一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述天然松针提取液以土壤水饱和方式投加入阴极电解室。
6.根据权利要求1所述的一种用于电动修复重金属污染土壤的阴极电解液，其特征在于：所述阴极电解液适用的电动修复的电压梯度为1v-1.5v/cm。
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