[发明专利]一种基于原电池原理修复重金属污染土壤的方法

说明书

本发明公开了一种基于原电池原理修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：1)向污染土壤中加入有机酸或其盐溶液或无机碱溶液；2)在土壤两侧分别置入正负电极形成原电池进行放电，使土壤中的重金属离子向电极迁移并被捕获，从而实现重金属污染土壤的修复。本发明可高效地去除土壤中的Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、As(III,V)和Cr(III,VI)等各种重金属，具有去除效率高，成本低，操作简便，环境友好等优点。

技术领域

本发明属于土壤修复领域，具体地说涉及一种利用原电池原理修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤重金属污染已成为一个亟待解决的全球性问题，重金属由于其剧毒性、难降解性和隐蔽性，严重威胁着生态系统和人类健康。目前，传统方法仍在土壤污染治理中占主导地位，其中，土方开挖和处置约占30％，其次是原位化学修复，这些方法通常成本高昂，对土壤造成二次破坏并且去除不彻底。电化学修复作为一种新兴的土壤修复技术，具有不破坏生态环境，操作简单与成本低等特点。

现有的电动修复技术是将电极插入受污染的地下水及土壤区域，施加直流电后形成电场,土壤中的污染物(如有毒金属和有机污染物等)在电迁移、电渗、电泳等电化学作用下定向迁移，富集在电极区域，再通过其它方法(如电镀、沉淀/共沉淀、离子交换等)去除。目前，电动修复依然面临许多问题。一方面，电动修复电能消耗大，通常需要几十伏的电压；另一方面，电动修复存在水分解，导致阴极附近pH增高，重金属离子在靠近阴极的区域沉淀，从而降低了重金属去除率(Chem.Eng.J.,2009,169,703-710；Environ.Pollut.,2009,157,3379-3386；Chem.Eng.J.,2017,316,601-608)。

已有文献报道基于原电池原理以空气为正极，以零价铁为负极可去除水体中的砷，但是，正极通常需要昂贵的铂电极作为催化剂才能让放电反应较快进行，并且此体系很难实现对重金属阳离子的去除(J.Hazard.Mater.,2013,261,621-627)。本发明对此进一步作出改进，以廉价的环境友好材料锰氧化物或包含锰氧化物的矿物为正极，以零价铁为负极，不仅可去除土壤或水体重金属阴离子，而且铁锰氧化物放电还原过程中的赝电容特性可高效捕获重金属阳离子，有利于矿物资源的合理利用与重金属资源的回收。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提出一种基于原电池原理修复重金属污染土壤的方法。以氧化还原电位不同的材料组成天然的原电池体系，无需或仅需较小的电能供应，便可驱动土壤中重金属离子向电极迁移，同时通过在污染土壤中加入有机酸或其盐溶液或无机碱溶液作为浸提液，可加速重金属离子的迁移，并且，电极附近没有水的分解，从而重金属离子不会在电极附近沉淀，从而进一步提高重金属去除率。

本发明所提供的方法包括以下步骤：

1)向污染土壤中加入有机酸或其盐溶液或无机碱溶液；

2)在土壤两侧分别置入正、负电极形成原电池进行放电，使土壤中的重金属离子向电极迁移并被捕获，从而实现重金属污染土壤的修复，

所述正极电极选自锰氧化物或包含锰氧化物的矿物(如铁锰结核、锰砂、水钠锰矿、锰钾矿等)，所述负极电极为零价铁。

优选地，所述有机酸选自草酸、醋酸、柠檬酸、黄腐酸、乙二胺四乙酸、腐殖酸，所述无机碱选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾。

优选地，所述有机酸或其盐溶液或无机碱溶液的浓度为0.01-1mol/L。

优选地，所述有机酸或其盐溶液或无机碱溶液的质量为污染土壤的0.01-5倍。

优选地，所述正、负极电极为过60-200目筛的粉末。