CN110510709A - 一种可去除Cd2+的原电池及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可去除Cd²⁺的原电池及其应用。所述原电池的制备工艺为：Cd²⁺污染介质前处理；将碳棒放入聚丙烯酸溶液中浸泡，然后取出干燥，得到羧基修饰的碳棒；将锌板与碳棒作为两个电极，平行插入Cd²⁺污染介质中，用铜线将锌板和碳棒连接，持续1‑8天。本发明采用锌板作阳极、碳棒作阴极插入Cd²⁺污染介质(水或土壤)中，并将二者用铜线连接，该系统内自发的氧化还原反应促使电子从锌板沿铜线向碳棒转移，从而在两电极间形成电场，使电极间Cd²⁺向碳棒移动并与碳棒附近的‑OH反应生成Cd(OH)₂沉淀。本发明既能去除Cd²⁺，又能发电；操作简便，无污染；适用于污染水体和土壤。

Description

一种可去除Cd2+的原电池及其应用

技术领域

本发明涉及一种可去除Cd²⁺的原电池及其应用，属于能源与环境技术领域。

背景技术

近年来，重金属离子尤其是Cd²⁺污染较为严重，其可通过食物链进入人体，危害人体健康，成为制约我国社会进步和经济可持续发展的重要因素之一。因此，如何修复Cd²⁺污染水体和土壤以降低其危害是环境领域急需解决的关键问题。

现有Cd²⁺修复方法主要包括沉淀法、离子交换法、吸附法、电动修复法等。这些方法在一定程度上去除Cd²⁺，但各自存在一些缺点。其中沉淀法、离子交换法和吸附法不太适合去除低浓度Cd²⁺，电动修复法能耗较高、操作复杂。这些缺点限制了它们的大规模应用。因此，迫切需要发展一种简便、高效、节能的Cd²⁺去除技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何更有效地去除Cd²⁺污染。

为了解决上述问题，本发明提供了一种可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，制备工艺包括以下步骤：

步骤1)：Cd²⁺污染介质前处理；

步骤2)：将碳棒放入聚丙烯酸溶液中浸泡，然后取出干燥，得到羧基修饰的碳棒；

步骤3)：将锌板与步骤2)得到的碳棒作为两个电极，平行插入步骤1)得到的Cd²⁺污染介质中，用铜线将锌板和碳棒连接，持续1-8天。

优选地，所述步骤1)中的Cd²⁺污染介质为水体或土壤。

更优选地，所述Cd²⁺污染介质为土壤时，其前处理过程为：在Cd²⁺污染土壤中加入氯化钾，混合均匀。

进一步地，所述氯化钾的加入量为Cd²⁺污染土壤质量的0.05-0.5％。

优选地，所述步骤2)中碳棒的规格为：半径2-40mm，长度10-25cm。

优选地，所述步骤2)中聚丙烯酸的浓度为1-10g/L，浸泡时间为10-20分钟；干燥的工艺参数为：50-100℃下干燥10-20分钟。

优选地，所述步骤3)中锌板为表面积5-40cm²的长方形。

优选地，所述步骤3)中锌板与碳棒的插入深度为2-20cm，电极间距为 1-100cm；铜线中产生电流0.1-5mA。

本发明还提供了上述可去除Cd²⁺的原电池在处理Cd²⁺污染中的应用。

优选地，所述Cd²⁺污染介质处理后，其Cd²⁺浓度降低了50％以上。

本发明采用锌板作阳极、碳棒作阴极插入Cd²⁺污染介质(水或土壤)中，并将二者用铜线连接，该系统内自发的氧化还原反应促使电子从锌板沿铜线向碳棒转移，从而在两电极间形成电场，使电极间Cd²⁺向碳棒移动并与碳棒附近的-OH 反应生成Cd(OH)₂沉淀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)既能去除Cd²⁺，又能发电；

2)操作简便，无污染；

3)适用于污染水体和土壤。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。

实施例1

1)污染介质前处理(仅限土壤，本实施例中是土壤)：往Cd²⁺污染土壤中加入0.05％(质量分数)的氯化钾，混合均匀；

2)将碳棒(半径为2mm，长为10cm)放在聚丙烯酸(1g/L)溶液中10分钟，然后于50摄氏度下干燥10分钟，得到羧基修饰的碳棒；

3)将锌板(长方形，5cm²)和(2)中得到的碳棒平行插入Cd²⁺污染介质 (水体或土壤)中，插入深度为2cm，电极间距为1cm；

4)用铜线将锌板和碳棒连接，持续1天。

通过检测处理后的污染介质中Cd²⁺浓度，降低了54％，铜线中产生电流 0.1mA。

实施例2

1)污染介质前处理(仅限土壤，本实施例中是土壤)：往Cd²⁺污染土壤中加入0.2％(质量分数)的氯化钾，混合均匀；

2)将碳棒(半径为20mm，长为15cm)放在聚丙烯酸(5g/L)溶液中15 分钟，然后于70摄氏度下干燥15分钟，得到羧基修饰的碳棒；

3)将锌板(长方形，10cm²)和(2)中得到的碳棒平行插入Cd²⁺污染介质 (水体或土壤)中，插入深度为10cm，电极间距为50cm；

4)用铜线将锌板和碳棒连接，持续4天。通过检测处理后的污染介质中Cd²⁺浓度，降低了68％，铜线中产生电流1mA。

实施例3

1)污染介质前处理(仅限土壤，本实施例中是土壤)：往Cd²⁺污染土壤中加入0.5％(质量分数)的氯化钾，混合均匀；

2)将碳棒(半径为40mm，长为25cm)放在聚丙烯酸(10g/L)溶液中20 分钟，然后于100摄氏度下干燥20分钟，得到羧基修饰的碳棒；

3)将锌板(长方形，40cm²)和(2)中得到的碳棒平行插入Cd²⁺污染介质 (水体或土壤)中，插入深度为20cm，电极间距为100cm；

4)用铜线将锌板和碳棒连接，持续8天。通过检测处理后的污染介质中Cd²⁺浓度，降低了介质中Cd²⁺63％，铜线中产生电流5mA。

Claims (10)

1.一种可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，制备工艺包括以下步骤：

步骤1)：Cd²⁺污染介质前处理；

步骤2)：将碳棒放入聚丙烯酸溶液中浸泡，然后取出干燥，得到羧基修饰的碳棒；

步骤3)：将锌板与步骤2)得到的碳棒作为两个电极，平行插入步骤1)得到的Cd²⁺污染介质中，用铜线将锌板和碳棒连接，持续1-8天。

2.如权利要求1所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述步骤1)中的Cd²⁺污染介质为水体或土壤。

3.如权利要求2所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述Cd²⁺污染介质为土壤时，其前处理过程为：在Cd²⁺污染土壤中加入氯化钾，混合均匀。

4.如权利要求3所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述氯化钾的加入量为Cd²⁺污染土壤质量的0.05-0.5％。

5.如权利要求1所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述步骤2)中碳棒的规格为：半径2-40mm，长度10-25cm。

6.如权利要求1所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述步骤2)中聚丙烯酸的浓度为1-10g/L，浸泡时间为10-20分钟；干燥的工艺参数为：50-100℃下干燥10-20分钟。

7.如权利要求1所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述步骤3)中锌板为表面积5-40cm²的长方形。

8.如权利要求1所述的可去除Cd²⁺的原电池，其特征在于，所述步骤3)中锌板与碳棒的插入深度为2-20cm，电极间距为1-100cm；铜线中产生电流0.1-5mA。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的可去除Cd²⁺的原电池在处理Cd²⁺污染中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述Cd²⁺污染介质处理后，其Cd²⁺浓度降低了50％以上。