[发明专利]一种基于MFC技术原位修复石油污染土壤并产电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油污染土壤的生态修复，特别是一种基于MFC技术原位修复石油污染土壤并产电的方法。

背景技术

土壤遭受石油污染日益严重，在我国每年大约有6×10⁸kg的石油进入土壤环境中，并导致每年新增石油污染土壤近1×10⁸kg。到2003年，石油行业固体废弃物堆放量已达1.9×l0¹⁰kg，占地1.8×10⁶m²。石油中含有大量的有毒有害物质，特别是具有致癌、致畸、致突变的多环芳烃等持久性污染物。在石油污染土壤中，土壤的通透性、组成及其微生物群落均发生了明显的变化，破坏了土壤生态系统的稳定，从而对生态系统的安全和可持续性构成了严重的威胁。

石油污染土壤的修复主要采用物理、化学、生物和生态的方法。物理、化学修复方法涉及的有浓缩干化法、固液分离法、萃取分离法、冲洗法、热处理与热解吸法、化学破乳回收法等，但是这些技术不仅破坏了土壤的结构和性质，而且特别容易导致二次污染。微生物和植物修复方法虽然是一种相对友好的环境修复技术，但是受气候环境因素限制较为严重，并且维护成本较高。生态修复是目前被青睐的修复技术，土壤微生物燃料电池即是其中的一种，该技术在将石油污染物去除的同时能够产生电能，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种基于MFC技术原位修复石油污染土壤并产电的方法，通过土壤微生物燃料电池实施，方法简单、操作方便、易于实施，通过电化学刺激土壤中土著生物的活性，提升土壤的电导性从而促进土壤微生物将石油污染物降解并同步产生电能。

本发明的技术方案：

一种修复石油污染土壤并产电的方法，通过土壤微生物燃料电池实施，步骤如下：

1)土壤微生物燃料电池的启动

将采集的老化石油污染土壤于阴凉处晾干，研磨后过2mm筛，将老化石油污染土壤、蒸馏水和碳布纤维均匀混合后装入土壤微生物燃料电池反应器中，将石墨棒阳极和活性炭空气阴极通过导线与外电阻连接，组成土壤微生物燃料电池，于30℃的恒温箱中启动修复，电池外电阻两端的电压通过多通道电压采集卡和电脑自动记录，并标准化于阴极面积0.0036m²，得到输出电流密度；

2)土壤微生物燃料电池的运行

在启动后的第30、50、98和120天，采用注射器分别向土壤微生物燃料电池中注入50mL的蒸馏水，在30℃下运行144d后完成石油污染土壤的修复并同时产生电能。

所述土壤微生物燃料电池，由反应器、石墨棒阳极、活性炭空气阴极、橡皮塞和带法兰的多孔板组成，反应器为密闭的有机玻璃矩形箱体；将经预处理的石墨棒阳极从箱体的一侧壁中心处水平插入箱体内并通过带孔的橡皮塞与箱体密封固定，石墨棒阳极的预处理方法是：使用前采用0.1M的盐酸和0.1M氢氧化钠溶液分别浸泡24h以去除表面杂质，然后用蒸馏水清洗干净备用；活性炭空气阴极为辊压活性炭空气阴极，由活性炭层和导电碳黑层叠加组成，活性炭空气阴极通过带法兰的多孔板固定于反应器的对面另一侧壁上，带法兰的多孔板上均布圆孔，石墨棒阳极的端部与活性炭空气阴极的距离为0.5cm，活性炭空气阴极的活性炭层与石油污染土壤直接接触，活性炭空气阴极的导电碳黑层与多孔板直接接触并通过圆孔暴露于空气中，将石墨棒阳极和活性炭空气阴极通过导线与外电阻串联连接，组成土壤微生物燃料电池。

所述土壤微生物燃料电池中活性炭空气阴极的制备方法，步骤如下：

1)将超级电容活性炭粉加入到的无水乙醇中，超声搅拌5min后加入浓度为60wt％的聚四氟乙烯乳液得到混合液，混合液中超级电容活性炭粉、无水乙醇与聚四氟乙烯乳液的用量比为6g：45mL：0.67mL，将混合液继续超声搅拌5min后放入80℃水浴中搅拌加热3h，活性炭粉逐渐形成胶团，取出轻揉胶团，在辊压机上与40目302N不锈钢网压合成0.4mm厚的活性炭层电极片；

2)将导电炭黑加入到无水乙醇中，超声搅拌5min后加入浓度为60wt％的聚四氟乙烯乳液得到混合液，混合液中导电炭黑、无水乙醇与聚四氟乙烯乳液的用量比为4g：80mL：6.2mL，将混合液继续超声搅拌5min后放入80℃水浴中搅拌加热40min，导电炭黑逐渐形成胶团，取出轻揉胶团，在辊压机上压成1mm的导电碳黑层薄膜片，然后于340℃下煅烧20min，取出后趁热将其压在活性炭层电极片的另一侧，制得厚度为1mm活性炭空气阴极。