一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种环境污染治理设备技术领域，特别涉及一种可去除土壤中重 金属阳离子的双极膜电解槽。
【背景技术】
[0002] 土壤重金属污染由于具有隐蔽性、长期性和不可逆转性已成为全球性的棘手环境 问题。我国重金属污染耕地面积约有2500hm2,每年导致粮食减产1000多万吨，污染粮食 1200多万吨，经济损失200多亿元。美国《移民与难民研究》杂志报告，来自中国大陆移民 血液中铅、镉、汞等重金属含量高于其他地区移民，其中铅高出44%。对重金属污染土壤的 治理，现在已越来越受到人们的广泛重视，为此，世界各国开展了众多的试验研究工作。 [0003]目前，国内外处理土壤重金属污染的方法主要有：1)客土法：将非污染土壤置换 污染土壤，该方法需要大量的人力、物力与财力，土壤恢复需较长时间，置换出来的土壤存 在二次污染问题。2)淋洗法：一般用酸淋洗，需要大量的酸溶液，从而会产生大量的污水， 且容易造成地下水的污染。3)电动化学法：重金属在外加电场作用下，迀移至电极附近， 再通过其它方法去除，能耗较大。4)植物修复法：植株小，处理速度慢，植株高大对重金 属耐受力差。5)微生物修复法：时效慢，培养条件苛刻，微生物难成活。单一技术都有其局 限性，无法在实际应用中加以推广。
[0004] 双极膜是一种新型的离子交换复合膜，利用双极膜技术修复重金属污染的土壤， 具有电流效率和电槽空间利用率高、电极表面副反应少、能耗低、无需外加大量酸溶液、不 产生二次污染等优点。双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的基本原理是双极膜在直流电 场作用下，中间界面层中水发生解离，源源不断生成氢离子（故无需外加酸溶液，不会产生 大量污水），氢离子透过双极膜的阳膜层进入土壤室中把土壤中的重金属阳离子洗脱出来， 被洗脱出来的重金属阳离子在电场作用下，进入水室。同时，双极膜中间界面层水解离产生 的氢氧根离子（在单个土壤室时氢氧根离子由阴极产生），在电场作用下透过双极膜阴膜 层进入水室，与进入水室的重金属阳离子反应，产生沉淀而去除，从而不造成二次污染。重 金属阳离子在氢离子洗脱和电场作用下易于洗脱、迀移而从土壤中去除。应用双极膜技术 去除土壤中重金属的方法是将酸淋洗和电动化学法有机地结合起来，兼具二者优点，克服 其缺点。本实用新型还可用于污泥、矿渣等固体废弃物中金属阳离子的去除方面。
【发明内容】
[0005] 本实用新型提供一种安全有效的应用双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的双 极膜电解槽。该电解槽利用双极膜技术，将酸淋洗法与电动化学法有机结合起来，去除土 壤中重金属阳离子，处理后的土壤重金属阳离子含量大幅减少，且不产生二次污染。
[0006] 本实用新型所涉及的双极膜电解槽，为长方体槽状结构，电解槽内由阳极、阴离子 交换膜和阴极依序排列而成，并自然分隔为阳极室和阴极室，阳极和阴极分别与直流电源 的正负两极相连接，其特征是在阳极和阴离子交换膜之间设置有多个由双极膜和阳离子交 换膜构成的土壤处理单元，由此将电解槽分隔为阳极室、土壤处理室、水室、阴极室，双极膜 和阳离子交换膜之间为土壤处理室。
[0007] 所述的双极膜，是特种离子交换膜，它是由阳膜层和阴膜层复合制成的阴、阳离子 复合膜。
[0008] 所述的双极膜，在面向土壤处理室的侧面还设置有微孔陶瓷板。
[0009] 所述的阳离子交换膜，在面向土壤处理室的侧面还设置有微孔陶瓷板。
[0010] 所述的多个由双极膜和阳离子交换膜构成的土壤处理单元，理论上可以无限个串 联而成，考虑到配套成本以及电流电压的因素，本实用新型所述的多个是指1~6个。
[0011] 上述的电解槽中的双极膜在直流电场作用下，中间界面层中水发生解离，生成的 氢离子透过双极膜阳膜层进入土壤室中，把土壤中的重金属阳离子洗脱出来，被洗脱出来 的重金属阳离子在电场作用下，进入水室，与双极膜中间界面层产生并迀移到水室与阴极 产生的氢氧根离子反应，产生沉淀而去除。
[0012] 本实用新型具有的优点和积极效果是：1、双极膜在直流电场作用下，中间界面层 中水发生解离而产生氢离子，无需外加酸，节约了成本，减少污水的产生。2、被洗脱出来的 重金属阳离子在氢离子洗脱和电场作用下易于洗脱、迀移而从土壤中去除。3、进入水室的 重金属阳离子能够与双极膜中间界面层中水解离产生（或阴极产生）的氢氧根离子反应， 产生沉淀而去除，不造成二次污染。4、可串联，从而提高了电流效率和电槽空间利用率、减 少电极表面副反应发生、降低能耗和成本。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型所述的一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽结构 示意图。
[0014] 图2是本实用新型所述的设置多个土壤处理单元的一种可去除土壤中重金属阳 离子的双极膜电解槽结构示意图。
【具体实施方式】
[0015] 为能进一步了解本实用新型的【实用新型内容】、特点及功效，兹结合附图，以实施例 的方式做详细说明。
[0016] 图1中：1是电解槽；2是阳极；3是双极膜；4是微孔陶瓷板；5是阳离子交换膜；6 是阴离子交换膜；7是阴极；I是阳极室；II是土壤室；III是水室；IV是阴极室。
[0017] 图1中：1是电解槽；2是阳极；3是双极膜；4是微孔陶瓷板；5是阳离子交换膜；6 是阴离子交换膜；7是阴极；I是阳极室；II是土壤室；III是水室；IV是阴极室。
[0018] 实施例1
[0019] 采用如图1所示的一种应用双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的电解槽，土壤 室的两侧分别用双极膜和阳膜，将阳极室和水室隔开，另外土壤与膜之间用微孔陶瓷板隔 开，阳极和阴极分别与直流电源的正负两极相连接。
[0020] 本实施例所处理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金属离 子，电压梯度为l.〇V/m，电极间距为12cm，系统连续运行4d。阳极室和阴极室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作为电解液，其液面高度与污染土壤平齐，污染土壤处理前后重金 属含量见表1。
[0021] 表1 :土壤处理前后重金属含量（mg/Kg)。
[0022] 实施例2
[0023] 采用如图2所示的一种应用双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的电解槽，土壤 室的两侧分别用双极膜和阳膜与阳极室和水室隔开，另外土壤与膜之间用微孔陶瓷板隔 开，3个土壤室与3个水室交替串联。阳极和阴极分别与直流电源的正负两极相连接。
[0024] 本实施例所处理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金属离 子，电压梯度为l.〇V/m，电极间距为36cm，系统连续运行4d。阳极室和阴极室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作为电解液，其液面高度与污染土壤平齐，污染土壤处理前后重金 属含量见表2
[0025] 表2 :土壤处理前后重金属含量mg/Kg
[0028] 实施例3
[0029] 采用如图2所示的一种应用双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的电解槽，土壤 室的两侧分别用双极膜和阳膜与阳极室和水室隔开，另外土壤与膜之间用微孔陶瓷板隔 开，3个土壤室与3个水室交替串联。阳极和阴极分别与直流电源的正负两极相连接。
[0030] 本实施例所处理的污染土壤中含有Pb2+、Zn2+、Cu' Cd' Ni' Cr3+、Cr6+等金属离 子，电压梯度为〇.85V/cm，电极间距为30cm，系统连续运行3d。阳极室和阴极室中均添加 以0. lmol/L的~溶液作为电解液，其液面高度与污染土壤平齐，污染土壤处理前后重 金属含量见表3。
[0031] 表3 :土壤处理前后重金属含量mg/Kg
[0032]
[0033] 实施例4
[0034] 采用如图2所示的一种应用双极膜技术去除土壤中重金属阳离子的电解槽，土壤 室的两侧分别用双极膜和阳膜与阳极室和水室隔开，另外土壤与膜之间用微孔陶瓷板隔 开，3个土壤室与3个水室交替串联。阳极和阴极分别与直流电源的正负两极相连接。
[0035] 本实验所处理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等金属离子， 电压梯度为1.5V/cm，电极间距为32cm，系统连续运行5d。阳极室和阴极室中均添加以 0. 5mol/L的似2304溶液作为电解液，其液面高度与污染土壤平齐，污染土壤处理前后重金 属含量见表4。
[0036] 表4 :土壤处理前后重金属含量mg/Kg
【主权项】
1. 一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽，为长方体槽状结构，电解槽内由 阳极、阴离子交换膜和阴极依序排列而成，并自然分隔为阳极室和阴极室，阳极和阴极分别 与直流电源的正负两极相连接，其特征是在阳极和阴离子交换膜之间设置有多个由双极膜 和阳离子交换膜构成的土壤处理单元，由此将电解槽分隔为阳极室、土壤处理室、水室、阴 极室，双极膜和阳离子交换膜之间为土壤处理室。2. 根据权利要求1所述的一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽，其特征是 所述的双极膜是特种离子交换膜，它是由阳膜层和阴膜层复合制成的阴、阳复合膜。3. 根据权利要求1所述的一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽，其特征是 所述的双极膜，在面向土壤处理室的侧面还设置有微孔陶瓷板。4. 根据权利要求1所述的一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽，其特征是 所述的阳离子交换膜，在面向土壤处理室的侧面还设置有微孔陶瓷板。5. 根据权利要求1所述的一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽，其特征是 所述的土壤处理单元，有1~6个。
【专利摘要】本实用新型涉及一种环境污染治理设备技术领域，特别涉及一种可去除土壤中重金属阳离子的双极膜电解槽。本实用新型所涉及的双极膜电解槽，其特征是在阳极和阴离子交换膜之间设置有多个由双极膜和阳离子交换膜构成的土壤处理单元，由此将电解槽分隔为阳极室、土壤处理室、水室、阴极室，阳极和阴离子交换膜之间为土壤处理室。本实用新型构建的电解槽，无需外加酸，节约了成本；重金属阳离子能够与水解离产生的氧根离子反应沉淀而去除；可串联，通过一对阴、阳电极处理多个土壤处理室，从而提高电流效率和电槽空间利用率，降低能耗和成本。
【IPC分类】B09C1/08
【公开号】CN204934196
【申请号】CN201520549275
【发明人】陈日耀, 李忠贵, 蔡珍, 陈晓, 郑曦
【申请人】福建师范大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年7月27日