[发明专利]一种基于三元辅助电极的主-辅多电极Cr(Ⅵ)污染土壤修复方法

说明书

本发明公开了一种基于三元辅助电极的主‑辅多电极Cr(Ⅵ)污染土壤修复方法，包括，制备WS₂‑FeOCl‑PANI三元复合纳米层状材料；将WS₂‑FeOCl‑PANI三元复合纳米层状材料作为不直接通电的辅助电极材料，投入到传统电动修复体系中，通电对Cr(Ⅵ)污染土壤进行修复。本发明在不改变电压梯度，不改变电场强度的情况下添加辅助电极提高了系统电流，从而提高了电迁移效率，在不改变电压梯度，不改变电场类型的情况下添加辅助电极优化了电场分布，从而增加辅助电极对于Cr的去除能力，同时利用辅助电极中PANI和WS₂的作用将毒性较高的Cr(VI)还原成毒性较低的Cr(III)。

技术领域

本发明属于土壤重金属电动修复领域，具体涉及到一种基于三元辅助电极的主-辅多电极Cr(Ⅵ)污染土壤修复方法。

背景技术

铬(Cr)作为五毒元素之一，具有明显的“三致”作用，同时也是工业污染的重要指标之一。铬和铬盐充当工业原料，在化工、电镀、制革等行业中大量使用，而大气和水则是重金属铬污染土壤的媒介。铬通过大气中含铬颗粒的沉降、污水灌溉、含重金属废弃物堆积等途径进入土壤环境。铬在土壤中主要以Cr(VI)和Cr(III)两种形式广泛存在，前者毒性高，后者毒性低，环境中的Cr(III)由于不易进入人细胞，被认为是基本无毒的，因此铬的毒性及危害主要来源于Cr(VI)。

人类在接触、摄入Cr(VI)后，会出现过敏性皮肤反应等现象，严重则会导致肺癌、支气管癌等危害。目前土壤中重金属铬的修复方式主要有两种，一种是将铬从土壤沉积物中清除；二是将Cr(VI)还原成毒性相对小的Cr(III)。将铬从土壤沉积物中清除的修复方式包括土壤淋洗技术、生物修复技术、固化/稳定化技术。有研究表明，使用最简单的HCl，在浓度为2mol/L的条件下，对土壤中的Cr的淋洗去除效率可达80.75％【参考文献1：刘磊,胡少平,陈英旭,李航.淋洗法修复化工厂遗留地重金属污染土壤的可行性[J].应用生态学报,2010,21(06):1537-1541.】。在生物修复技术领域，张学红等发现某电镀厂旁的生长的李氏禾对于铬的积累作用非常明显，其叶片中平均含铬1786.9mg/kg，将其用于修复铬污染土壤是一个很有效的选择【参考文献2：张学红,罗亚平,黄海涛,刘杰,朱义年,曾全方.一种新发现的湿生铬超积累植物——李氏禾(Leersiahexandra Swartz)[J].生态学报,2006(03):950-953.】。而徐小希等研究单掺硅酸盐水泥熟料、FeCl₂对铬污染土壤的固化/稳定化效果，研究表明，两者共同作用下，土壤获得了较高的强度，同时也降低了Cr(VI)的浸出浓度【参考文献3：徐小希,陈胡星,刘浩,李静,唐先进.水泥基材料对铬污染土壤的固化/稳定化研究[J].材料导报,2012,26(18):132-135+147.】。但是在大多数情况下，土壤中的铬以Cr(VI)形式广泛存在，而其中Cr(VI)的毒性比Cr(III)要高得多，对于Cr(VI)污染土壤的治理，将其还原成毒性更低的Cr(III)是最值得讨论的方向。在目前的土壤Cr(VI)还原的研究中，铁基和硫化物是很有效的还原剂。李袁将纳米级FeO/FeSX负载到高炉矿渣上，在原位修复Cr(VI)污染土壤中得到了60％的还原率【参考文献4：Y.Li,M.Deng,X.Wang,Y.Wang,J.Li,S.Xia,J.Zhao,In-situ remediation of oxytetracycline and Cr(VI)co-contaminated soil and groundwater by usingblast furnace slag-supportednanosized Fe0/FeSx,Chem.Eng.J.412(2021)128706.】。张彤在多硫化钙(CPS)修复Cr(VI)污染土壤的过程中，投加氧化铁后，发现提高了Cr(VI)的还原(提高至75％)【参考文献5：T.Zhang,T.Wang,W.Wang,B.Liu,W.Li,Y.Liu,Reduction and stabilization of Cr(VI)in soil by using calcium polysulfide:Catalysis of natural iron oxides,Environ.Res.190(2020)109992.】。以上投加化学试剂的修复方法，在修复后会产生一些二次污染并破坏土壤本身理化性质。