一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種環(huán)境污染治理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可去除土壤中重金屬 陽離子的雙極膜電解槽。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤重金屬污染由于具有隱蔽性、長期性和不可逆轉(zhuǎn)性已成為全球性的棘手環(huán)境 問題。我國重金屬污染耕地面積約有2500hm 2,每年導(dǎo)致糧食減產(chǎn)1000多萬噸，污染糧食 1200多萬噸，經(jīng)濟損失200多億元。美國《移民與難民研宄》雜志報告，來自中國大陸移民 血液中鉛、鎘、汞等重金屬含量高于其他地區(qū)移民，其中鉛高出44%。對重金屬污染土壤的 治理，現(xiàn)在已越來越受到人們的廣泛重視，為此，世界各國開展了眾多的試驗研宄工作。
[0003] 目前，國內(nèi)外處理土壤重金屬污染的方法主要有：1)客土法：將非污染土壤置換 污染土壤，該方法需要大量的人力、物力與財力，土壤恢復(fù)需較長時間，置換出來的土壤存 在二次污染問題。2)淋洗法：一般用酸淋洗，需要大量的酸溶液，從而會產(chǎn)生大量的污水， 且容易造成地下水的污染。3)電動化學(xué)法：重金屬在外加電場作用下，迀移至電極附近， 再通過其它方法去除，能耗較大。4)植物修復(fù)法：植株小，處理速度慢，植株高大對重金 屬耐受力差。5)微生物修復(fù)法：時效慢，培養(yǎng)條件苛刻，微生物難成活。單一技術(shù)都有其局 限性，無法在實際應(yīng)用中加以推廣。
[0004] 雙極膜是一種新型的離子交換復(fù)合膜，利用雙極膜技術(shù)修復(fù)重金屬污染的土壤， 具有電流效率和電槽空間利用率高、電極表面副反應(yīng)少、能耗低、無需外加大量酸溶液、不 產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的基本原理是雙極膜在直流電 場作用下，中間界面層中水發(fā)生解離，源源不斷生成氫離子（故無需外加酸溶液，不會產(chǎn)生 大量污水），氫離子透過雙極膜的陽膜層進入土壤室中把土壤中的重金屬陽離子洗脫出來， 被洗脫出來的重金屬陽離子在電場作用下，進入水室。同時，雙極膜中間界面層水解離產(chǎn)生 的氫氧根離子（在單個土壤室時氫氧根離子由陰極產(chǎn)生），在電場作用下透過雙極膜陰膜 層進入水室，與進入水室的重金屬陽離子反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀而去除，從而不造成二次污染。重 金屬陽離子在氫離子洗脫和電場作用下易于洗脫、迀移而從土壤中去除。應(yīng)用雙極膜技術(shù) 去除土壤中重金屬的方法是將酸淋洗和電動化學(xué)法有機地結(jié)合起來，兼具二者優(yōu)點，克服 其缺點。本發(fā)明還可用于污泥、礦渣等固體廢棄物中金屬陽離子的去除方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種安全有效的應(yīng)用雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜 電解槽。該電解槽利用雙極膜技術(shù)，將酸淋洗法與電動化學(xué)法有機結(jié)合起來，去除土壤中重 金屬陽離子，處理后的土壤重金屬陽離子含量大幅減少，且不產(chǎn)生二次污染。
[0006] 本發(fā)明所涉及的雙極膜電解槽，為長方體槽狀結(jié)構(gòu)，電解槽內(nèi)由陽極、陰離子交換 膜和陰極依序排列而成，并自然分隔為陽極室和陰極室，陽極和陰極分別與直流電源的正 負兩極相連接，其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設(shè)置有多個由雙極膜和陽離子交換膜 構(gòu)成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、水室、陰極室，雙極膜和陽 離子交換膜之間為土壤處理室。
[0007] 所述的雙極膜，是特種離子交換膜，它是由陽膜層和陰膜層復(fù)合制成的陰、陽離子 復(fù)合膜。
[0008] 所述的雙極膜，在面向土壤處理室的側(cè)面還設(shè)置有微孔陶瓷板。
[0009] 所述的陽離子交換膜，在面向土壤處理室的側(cè)面還設(shè)置有微孔陶瓷板。
[0010] 所述的多個由雙極膜和陽離子交換膜構(gòu)成的土壤處理單元，理論上可以無限個串 聯(lián)而成，考慮到配套成本以及電流電壓的因素，本發(fā)明所述的多個是指1~6個，形成兩端 頭為陽極室、陰極室，中間為串聯(lián)式的土壤處理室、水室、……土壤處理室、水室的多個串聯(lián) 的分室結(jié)構(gòu)。
[0011] 上述的電解槽中的雙極膜在直流電場作用下，中間界面層中水發(fā)生解離，生成的 氫離子透過雙極膜陽膜層進入土壤室中，把土壤中的重金屬陽離子洗脫出來，被洗脫出來 的重金屬陽離子在電場作用下，進入水室，與雙極膜中間界面層產(chǎn)生并迀移到水室與陰極 產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀而去除。
[0012] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：1、雙極膜在直流電場作用下，中間界面層中水 發(fā)生解離而產(chǎn)生氫離子，無需外加酸，節(jié)約了成本，減少污水的產(chǎn)生。2、被洗脫出來的重金 屬陽離子在氫離子洗脫和電場作用下易于洗脫、迀移而從土壤中去除。3、進入水室的重金 屬陽離子能夠與雙極膜中間界面層中水解離產(chǎn)生（或陰極產(chǎn)生）的氫氧根離子反應(yīng)，產(chǎn)生 沉淀而去除，不造成二次污染。4、可串聯(lián)，從而提高了電流效率和電槽空間利用率、減少電 極表面副反應(yīng)發(fā)生、降低能耗和成本。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明所述的設(shè)置多個土壤處理單元的一種可去除土壤中重金屬陽離子 的雙極膜電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲結(jié)合附圖，以實施例的方式做 詳細說明。
[0016] 圖1中：1是電解槽；2是陽極；3是雙極膜；4是微孔陶瓷板；5是陽離子交換膜；6 是陰尚子交換膜；7是陰極；I是陽極室；II是土壤室；III是水室；IV是陰極室。
[0017] 圖1中：1是電解槽；2是陽極；3是雙極膜；4是微孔陶瓷板；5是陽離子交換膜；6 是陰尚子交換膜；7是陰極；I是陽極室；II是土壤室；III是水室；IV是陰極室。
[0018] 實施例1 采用如圖1所示的一種應(yīng)用雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤室的 兩側(cè)分別用雙極膜和陽膜，將陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔開，陽 極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0019] 本實施例所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金屬離 子，電壓梯度為I. 〇V/m，電極間距為12cm，系統(tǒng)連續(xù)運行4d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表1。
[0020] 表1 :土壤處理前后重金屬含量（mg/Kg)。
[0021] 實施例2
采用如圖2所示的一種應(yīng)用雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤室的 兩側(cè)分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔開，3個 土壤室與3個水室交替串聯(lián)。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0022] 本實施例所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金屬離 子，電壓梯度為l.〇V/m，電極間距為36cm，系統(tǒng)連續(xù)運行4d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表2 表2 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
實施例3 采用如圖2所示的一種應(yīng)用雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤室的 兩側(cè)分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔開，3個 土壤室與3個水室交替串聯(lián)。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0023] 本實施例所處理的污染土壤中含有Pb2+、Zn2+、Cu 2+、Cd2+、Ni2+、Cr3+、Cr6+等金屬離 子，電壓梯度為〇.85V/cm，電極間距為30cm，系統(tǒng)連續(xù)運行3d。陽極室和陰極室中均添加 以0. lmol/L的Na2S04溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重 金屬含量見表3。
[0024] 表3 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
實施例4 采用如圖2所示的一種應(yīng)用雙極膜技術(shù)去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤室的 兩側(cè)分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔開，3個 土壤室與3個水室交替串聯(lián)。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0025] 本實驗所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等金屬離子， 電壓梯度為1.5V/cm，電極間距為32cm，系統(tǒng)連續(xù)運行5d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 5mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表4。
[0026] 表4 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
【主權(quán)項】
1. 一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，為長方體槽狀結(jié)構(gòu)，電解槽內(nèi)由 陽極、陰離子交換膜和陰極依序排列而成，并自然分隔為陽極室和陰極室，陽極和陰極分別 與直流電源的正負兩極相連接，其特征是其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設(shè)置有多個 由雙極膜和陽離子交換膜構(gòu)成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、 水室、陰極室，雙極膜和陽離子交換膜之間為土壤處理室。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的雙極膜是特種離子交換膜，它是由陽膜層和陰膜層復(fù)合制成的陰、陽復(fù)合膜。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的雙極膜，在面向土壤處理室的側(cè)面還設(shè)置有微孔陶瓷板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的陽離子交換膜隔板，在面向土壤處理室的側(cè)面還設(shè)置有微孔陶瓷板。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的多個由雙極膜和陽離子交換膜構(gòu)成的土壤處理單元，有1~6個，形成兩端頭為陽極 室、陰極室，中間為串聯(lián)式的土壤處理室、水室、……土壤處理室、水室的多個串聯(lián)的分室結(jié) 構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)境污染治理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽。本發(fā)明所涉及的雙極膜電解槽，其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設(shè)置有多個由雙極膜和陽離子交換膜構(gòu)成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、水室、陰極室，陽極和陰離子交換膜之間為土壤處理室。本發(fā)明構(gòu)建的電解槽，無需外加酸，節(jié)約了成本；重金屬陽離子能夠與水解離產(chǎn)生的氧根離子反應(yīng)沉淀而去除；可串聯(lián)，通過一對陰、陽電極處理多個土壤處理室，從而提高電流效率和電槽空間利用率，降低能耗和成本。
【IPC分類】B09C1/08
【公開號】CN104959378
【申請?zhí)枴緾N201510444768
【發(fā)明人】陳日耀, 李忠貴, 蔡珍, 陳曉, 鄭曦
【申請人】福建師范大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月27日