修复污染土壤中金属离子的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种修复污染土壤中金属离子的装置。该装置包括土壤室和分别设于土壤室两端的阳极室、阴极室，土壤室与阳极室之间、土壤室与阴极室之间各设有一层静电纺丝纳米纤维膜PRB，阳极室内设有阳极，阴极室内设有阴极，阳极和阴极分别与直流电源的两端相连。本实用新型专利技术的装置将电动力学与静电纺丝纳米纤维膜PRB联用以提高PRB机械强度和耐化学腐蚀性能、可高效去除污染土壤中的金属离子。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
修复污染土壤中金属离子的装置
本技术属于资源环境
，涉及一种修复污染土壤中金属离子的装置，可用于修复煤矸石路基材料污染土壤中的金属离子。
技术介绍
20世纪90年代以前，修复重金属污染土壤主要采用挖掘填埋法，这种方法是将土壤中的重金属进行固化处理，降低其迁移率，在短时间内阻隔了污染的传播，但土壤中残留的有毒成分仍然存在一定的风险，容易破坏土壤的结构，降低对植物的肥效，且土壤异位修复法在抽取土壤的过程中就容易对环境造成一定的危害。随后出现的电动力学技术对于原位修复土壤中的重金属非常有效，特别适用于修复低渗透性土壤。电动力学修复土壤是通过电渗析、电泳、电迁移的作用，在低直流电下，污染物向电极室运移，并集中处理。然而，重金属等污染物在土壤中富集、沉淀并没有根本达到去除污染的效果，需要进一步完善或结合新技术以提高污染去除率。近年来，许多国内外的专家学者将电动力学与渗透性反应墙(PRB)结合起来，与外接的PRB方式和单独的电动力学相比，原位PRB联用电动力学能发挥各自的优点，能更有效的去除土壤中的重金属离子、硝酸盐、硫酸盐等有害物质。PRB反应器中的活性吸附材料可分为多种，可按照去除对象划分。据报道，Fe0作为PRB吸附介质协同电动力学修复过多种重金属离子、硝酸盐等物质，去除效果较明显。然而，Fetl在修复过程中容易氧化生成Fetl衍生物，容易影响电动力学对土壤中金属离子等的修复效果。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种将电动力学与静电纺丝纳米纤维膜PRB联用以提高PRB机械强度和耐化学腐蚀性能、可高效去除污染土壤中金属离子的修复污染土壤中金属离子的装置。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为一种修复污染土壤中金属离子的装置，所述装置为电动力学和静电纺丝纳米纤维膜PRB联合修复装置，所述联合修复装置包括土壤室和分别设于土壤室两端的阳极室、阴极室，所述土壤室与阳极室之间、土壤室与阴极室之间各设有一层静电纺丝纳米纤维膜PRB，所述阳极室内设有阳极，所述阴极室内设有阴极，所述阳极和阴极分别与直流电源的两端相连。作为本技术的进一步改进:所述静电纺丝纳米纤维膜PRB的两侧各贴附有一层滤纸。所述阳极和阴极均为石墨电极；所述土壤室为管状结构。与现有技术相比，本技术的优点在于:本技术的装置是基于电动力学和渗透性反应墙(PRB)的原理，采用一种能高效去除污染土壤中金属离子的活性纳米材料作为PRB，将电动力学装置结构与静电纺丝纳米纤维膜PRB联用组成修复污染土壤中金属离子的装置，以提高对金属离子的吸附性能。静电纺丝是一种制备聚合物纳米纤维材料的技术，制作简单，成本低廉，静电纺丝聚合物纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高等优点，目前主要应用于生物医学领域，用作纤维过滤材料，还用于能源、光电、催化、传感器等领域，具有许多潜在的应用价值。本技术采用静电纺丝纳米纤维膜PRB有利于克服现有PRB机械强度低、耐化学腐蚀性能差等缺陷。本技术可采用静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维膜PRB，聚丙烯腈纳米纤维膜比表面积大、孔隙率高，且对金属离子的吸附效果明显，将其作为PRB有助于提高电动力学的修复效果。针对金属离子的去除率低和吸附剂易失效等缺点，聚丙烯腈(PAN)纳米纤维具有机械强度高、耐候性、耐日晒性和耐化学试剂性等优点，PAN大分子中含有氰基(-CN)，可以与多种试剂作用生成不同的官能团，能与金属离子生成络合物，可用作吸附重金属离子的材料，且具有较好的吸附效果。本技术的装置采用电动力学和静电纺丝纳米纤维膜PRB联合修复装置，该装置中静电纺丝纳米纤维膜被装夹在土壤室的两端，既能分隔污染土壤与阴阳极室中的电解质溶液，又能吸附富集在靠近阴阳极的污染土壤中的金属离子。在电场力的作用下，污染土壤中的离子主要受到电渗析、电迁移及电泳的作用。以Zn2+、Fe3+、Ca2+为例，在电场力的作用下，污染土壤中的Zn2+、Fe3+主要受到土壤阴阳极两端的pH值变化，在电动力学的作用下，阳极的PH值下降，阴极的pH值上升。这是由于Zn2+、Fe3+在修复开始时在电迁移的作用下向阴极迁移，同时阴极PH值的上升使迁移到阴极的Zn2+、Fe3+分别形成Zn (OH) 2和Fe (OH) 3沉淀。当阴极的PH值继续上升到10或以上时，Zn(OH)2由于其两性氧化物的特性在碱性环境下溶解并分解成含氧阴离子ZnO22-;而Fe (OH) 3均能在酸性或碱性环境下被电离，碱性环境下的电离产物为FeO广。因此，Zn2+、Fe3+均富集于阳极而被去除。大部分Ca2+在电迁移的作用下迁移到阴极被直接去除，少部分Ca2+在阴极pH值升高的情况下形成氢氧化钙，残留于土壤中。由金属离子的迁移方向及原理，将静电纺丝纳米纤维膜夹在土壤的两端可以达到很好的去除效果。【附图说明】图1为本技术实施例中修复污染土壤中金属离子的装置主视结构示意图。图2为本技术实施例中修复污染土壤中金属离子的装置右视结构示意图。图3为本技术实施例中静电纺丝技术的原理示意图。图4为本技术实施例中联合修复方法修复后Zn2+的浓度分布图。图5为本技术实施例中联合修复方法修复后Ca2+的浓度分布图。图6为本技术实施例中联合修复方法修复后Fe3+的浓度分布图。图7为对比例的纯电动力学修复方法修复后Zn2+的浓度分布图。图8为对比例的纯电动力学修复方法修复后Ca2+的浓度分布图。图9为对比例的纯电动力学修复方法修复后Fe3+的浓度分布图。图10为本技术实施例中联合修复方法修复后土壤中重金属离子的剩余浓度分布图。图11为本技术实施例中联合修复方法修复后土壤的pH值变化情况。图例说明:1、土壤室；2、阴极室；3、阳极室；4、静电纺丝纳米纤维膜PRB ;5、直流电源；6、阴极；7、阳极；8、KC1溶液；9、滤纸。【具体实施方式】以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本技术作进一步描述，但并不因此而限制本技术的保护范围。实施例:一种本技术的修复污染土壤中金属离子的装置，如图1和图2所示，该装置为电动力学和静电纺丝纳米纤维膜PRB联合修复装置，包括土壤室I和分别设于土壤室I两端的阳极室3、阴极室2，土壤室I与阳极室3之间、土壤室I与阴极室2之间各设有一层静电纺丝纳米纤维膜PRB4，具体为静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维膜PRB，静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维膜PRB的左右两侧各贴附有一层滤纸9，阳极室3内设有石墨电极作为阳极7，阴极室2内设有石墨电极作为阴极6，阳极7和阴极6分别与直流电源5的两端相连。通常，在装置的装配过 程中，在土壤室I的两端外圈均匀涂上凡士林，并分别粘上中间夹有静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维膜PRB的滤纸9，将该纳米纤维膜作为PRB的反应介质，再通过法兰连接土壤室I和阳极室3、土壤室I和阴极室2，最后将石墨电极连接直流电源5后进行修复实验。本实施例中，土壤室I为管状结构，长度L为11cm，直径D为3.5cm ;阴极室2的长M、宽W、高H分别为5cm, 5cm和6cm,阳极室3的长Μ、宽W、高H分别为5cm, 5cm和6cm,阴极室2和阳极室3的主要材料均为有机玻璃。本实施例中，静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种修复污染土壤中金属离子的装置，其特征在于，所述装置为电动力学和静电纺丝纳米纤维膜PRB联合修复装置，所述联合修复装置包括土壤室（1）和分别设于土壤室（1）两端的阳极室（3）、阴极室（2），所述土壤室（1）与阳极室（3）之间、土壤室（1）与阴极室（2）之间各设有一层静电纺丝纳米纤维膜PRB（4），所述阳极室（3）内设有阳极（7），所述阴极室（2）内设有阴极（6），所述阳极（7）和阴极（6）分别与直流电源（5）的两端相连。

【技术特征摘要】
1.一种修复污染土壤中金属离子的装置，其特征在于，所述装置为电动力学和静电纺丝纳米纤维膜PRB联合修复装置，所述联合修复装置包括土壤室(I)和分别设于土壤室(I)两端的阳极室(3)、阴极室(2)，所述土壤室(I)与阳极室(3)之间、土壤室(I)与阴极室(2)之间各设有一层静电纺丝纳米纤维膜PRB (4)，所述阳极室(3)内设...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭立，杜勇立，黄满红，杨明，张燕青，
申请(专利权)人：湖南省交通规划勘察设计院，东华大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43