一種土壤復合污染物的修復系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，包括土壤修復柱、電解室、石墨電極、直流電源、納米纖維膜。本發明的陽極和陰極pH控制技術能很好的解決重金屬在土壤中的聚焦效應以及多環芳烴移動能力差的問題，殼聚糖納米纖維膜對重金屬和多環芳烴的吸附性能更好，電動技術與殼聚糖納米纖維膜PRB聯合，對復合污染物達到了更好的處理效果，同時不會對土壤造成不可逆的破壞。
【專利說明】
-種±壤復合污染物的修復系統
技術領域
[0001] 本發明設及±壤修復領域，更具體地，設及一種W靜電紡絲制備的殼聚糖納米纖 維膜作為滲透性反應墻(PRB)介質聯合電動技術化K)修復±壤中重金屬和多環芳控復合污 染物的系統。
【背景技術】
[0002] 我國±壤污染現狀形勢嚴峻，且±壤中往往含有多種污染物，而重金屬和多環芳 控復合污染是一種普遍存在的現象。傳統的±壤修復技術大多只針對一種污染物的去除， 對于處理復合污染物受到了一定限定；電動修復是一種綠色的原位修復技術，具有操作簡 便、修復時間短且能夠同時去除多種污染物等優點。而單一的電動修復存在修復效率低等 問題，為此與其他技術相聯合就成為一個研究的方向。
[0003] PRB技術也是一種原位修復技術，指用工具挖出±壤后再填充反應介質的一種修 復±壤和地下水的技術，PRB技術具有不需要外加動力，修復效果好、運行成本低、能夠一起 處理數種污染物等優點。PRB技術最關鍵的環節是介質的選取，目前FeO是一種常見的介質， 但是其易水解和流失，且與污染物發生反應后不易從±壤里去除，而且也存在機械強度差、 不耐腐蝕等缺點。殼聚糖是一種基礎的吸附劑，對重金屬和有機物都有一定的吸附作用，W 靜電紡絲技術制備的殼聚糖納米纖維膜不易溶于水、比表面積大、機械性能好且吸附性能 更好。W殼聚糖納米纖維膜做PRB介質可W提高EK/PRB系統的穩定性及應用范圍，具有良好 的運用前景。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的一種操作簡便、對±壤沒有破壞性、修復速率快且修復效率高的± 壤復合污染物修復系統。
[0005] 為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種±壤復合污染物的修復系 統，其特征在于，包括±壤修復柱、電解室、石墨電極、直流電源、納米纖維膜，其中：
[0006] 所述±壤修復柱用于承載污染的±壤；
[0007] 所述電解室包括陽極電解室及陰極電解室，在所述±壤修復柱的兩側分別設有一 個陽極電解室及一個陰極電解室，陽極電解室及陰極電解室內分別盛放有陽極電解液及陰 極電解液，所述±壤修復柱的兩端分別與陽極電解室與一個陰極電解室相連接；
[000引在所述±壤修復柱與所述陽極電解室及所述±壤修復柱與所述陰極電解室的連 接處分別放置用于防止±壤進入電解室內的定量濾紙；
[0009] 在陽極電解液及陰極電解液內分別放置有石墨電極，石墨電極與直流電源電路相 通，從而產生流經所述±壤修復柱的電流；
[0010] 所述納米纖維膜為靜電紡絲技術制備的殼聚糖納米纖維膜，放置于±壤與定量濾 紙之間，通過殼聚糖納米纖維膜處理遷移出±壤的污染物。
[0011] 優選地，所述的±壤修復柱為有機玻璃柱，在朝上側處開有數個用于防止因±壤 性質變化而引起爆裂的小孔。
[0012] 優選地，所述陽極電解液為0.1 MNaCffl+TweenSO,所述陰極電解液為0.1M K化+0.1M CA-feCA。
[0013] 優選地，所述TweenSO的濃度為5.3g/L。
[0014] 優選地，所述直流電源提供的電壓為20V。
[0015] 優選地，所述殼聚糖納米纖維膜的制備方法包括W下步驟：
[0016] 步驟1:鑄膜液的制備:采用殼聚糖與聚乙締醇混紡，稱取一定質量的CS粉末于冰 乙酸中，在密閉下攬拌均勻;稱取一定量的PVA溶于超純水中，在95°C水浴中加熱并密閉攬 拌化完全溶解，得到混合溶液，其中，m(CS) :m(PVA)為80:20,混合溶液濃度為8%，乙酸濃度 為 20%;
[0017] 步驟2:配置CS與PVA的質量比為100:0、90:10、80:20、70:30四種溶液，配置質量分 數分別為4 % ,6% ,8% ,10%的四種溶液，配制乙酸的質量濃度為5 % ,10% ,15%，20 %， 25 %五種溶液，W優化靜電紡絲條件；
[0018] 步驟3:將鑄膜液裝入注射器中，采用平口針頭進行靜電紡絲，收集器上設有侶錐 W承載復合納米纖維，紡絲電壓為25KV，注射器到收集器的距離為12cm，得到侶錐承載的殼 聚糖納米纖維膜；
[0019] 步驟4 :紡絲結束后關機，用綴子將纖維膜掲下來，于室溫下干燥24h后，用1M的 K2C03溶液浸泡化，W中和過量的醋酸，再用去離子水將殘留在纖維膜表面的離子洗脫，直到 pH為7,將纖維膜放入真空冷凍干燥機中在-54°C下真空干燥16h保存W備使用。
[0020] 優選地，所述的平口針頭的內徑為1.0mm。
[0021] 優選地，所述的步驟3中，所述的收集器為收集漉，收集漉為圓柱形，收集漉的滾軸 轉速300轉/s，在靜電紡絲的同時，所述的平口針頭沿收集漉的滾軸方向水平往復移動，移 動速率為〇.5cm/s。
[0022] 優選地，所述的步驟3中靜電紡絲的相對濕度20%。
[0023] 利用本發明的電動技術協同殼聚糖納米纖維膜PRB修復±壤復合污染物的過程如 下：
[0024] 電解室內：按時更換陽極的電解液，使得電解室內的抑保持在4左右;按時更換陰 極的電解液，使使得電解室內的pH保持在7左右。
[0025] 纖維膜PRB:納米纖維膜具有吸附平衡容量，需按時更換兩側的PRB介質。
[0026] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0027] 本發明的陽極和陰極抑控制技術能很好的解決重金屬在±壤中的聚焦效應W及 多環芳控移動能力差的問題，殼聚糖納米纖維膜對重金屬和多環芳控的吸附性能更好，電 動技術與殼聚糖納米纖維膜PRB聯合，對復合污染物達到了更好的處理效果，同時不會對± 壤造成不可逆的破壞。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明的利用電動技術處理±壤中重金屬和多環芳控復合污染物的裝置示 意圖；
[0029] 圖2中為本發明實施例1運行過程中±壤中重金屬含量的變化圖；
[0030] 圖3為本發明實施例1運行過程中±壤中多環芳控含量的變化圖；
[0031] 圖4為本發明的利用電動技術與殼聚糖納米纖維膜PRB聯合處理±壤中重金屬和 多環芳控復合污染物的裝置示意圖；
[0032] 圖5中為本發明實施例2運行過程中±壤中重金屬含量的變化圖；
[0033] 圖6為本發明實施例2運行過程中±壤中多環芳控含量的變化圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，運些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可W對本發明作各種改動或修改，運些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。
[0035] 實施例1
[0036] 詳見圖1所示，本實施例提供一種電動技術處理±壤中重金屬和多環芳控復合污 染物的裝置，包括±壤修復柱1、電解室、石墨電極2、直流電源3。
[0037] 直流電源提供的電壓為20V。
[0038] ±壤修復柱1用于承載污染的±壤，±壤修復柱為有機玻璃柱，在朝上側處開有數 個用于防止因±壤性質變化而引起爆裂的小孔。
[0039] 所述電解室包括陽極電解室4及陰極電解室5,在所述±壤修復柱1的兩側分別設 有一個陽極電解室4及一個陰極電解室5,陽極電解室4及陰極電解室5內分別盛放有陽極電 解液及陰極電解液，所述±壤修復柱的兩端分別與陽極電解室與一個陰極電解室相連接。
[0040] 陽極電解液為O.lMNaOH+TweenSO,所述陰極電解液為0.1M K化+0.1M CA-NaCA，其 中，TweenSO的濃度為5.3g/L。
[0041] 在所述±壤修復柱1與所述陽極電解室4及所述±壤修復柱1與所述陰極電解室5 的連接處分別放置用于防止±壤進入電解室內的定量濾紙6。
[0042] 在陽極電解液及陰極電解液內分別放置有石墨電極2,石墨電極2與直流電源3電 路相通，從而產生流經所述±壤修復柱1的電流。
[0043] 本實施例中，±壤修復柱直徑為3.5畑1，長為10cm，修復柱兩端各連接一個電解室， 定量濾紙的直徑為8em。采用某煤桿石堆場所取±壤樣品，通過人為添加重金屬Cu、Cr和多 環芳控PHE、PYR進入±壤，W模擬受污染的±壤，多環芳控初始質量分數分別為150和 200mg/kg，重金屬初始質量分數為800mg/kg。實驗中的電壓為20V;修復時間為4d;實驗采用 濃度為0.1M的NaO田容液控制陽極的抑值在4左右；W0.1M的巧樣酸-巧樣酸鋼緩沖液來控制 陰極的pH使其保持在7左右；同時在電解室內加入濃度為5.3g/L的TweenSO。
[0044] 修復開始后需要按時測定系統的電流變化情況及電滲流累積情況，并按時更換電 解液保證兩電解室內的抑在一定的范圍內，修復結束后，將裝置拆除，從陽極處每隔兩厘米 取±樣，測定±壤中各段污染物的剩余量及pH值，并對污染物做質量守恒分析。
[0045] 本發明的實施例中用于處理±壤重金屬和多環芳控復合污染物時，在電遷移的作 用下，重金屬Cu朝著陰極移動，重金屬化朝著陽極移動;在電滲析的作用下，多環芳控化e和 Pyr朝著陰極移動。隨著處理時間的增加，上壤抑從陽極到陰極呈現逐漸增大的趨勢。4d之 后，重金屬Cu和Cr的去除效率分別達到了73.2%和77.2%;多環芳控Phe和Pyr的去除效率 分別達到了 58.6 %和45.9 %。
[0046] 表1質量守恒分析
[0047]
[004引實施例2
[0049] 詳見圖4所示，本實施例提供一種電動技術與殼聚糖納米纖維膜PRB聯合的處理± 壤中重金屬和多環芳控復合污染物的裝置，包括±壤修復柱1，電解室4、5,石墨電極，直流 電源3,納米纖維膜7。
[0050] 所述納米纖維膜為靜電紡絲技術制備的殼聚糖納米纖維膜，放置于±壤與定量濾 紙之間，通過殼聚糖納米纖維膜處理遷移出±壤的污染物。
[0051 ]殼聚糖納米纖維膜的制備方法包括W下步驟：
[0052]步驟1:鑄膜液的制備:采用殼聚糖與聚乙締醇混紡，稱取一定質量的CS粉末于冰 乙酸中（乙酸濃度為20%)，在密閉下攬拌均勻。稱取一定量的PVA溶于超純水中，在95°C水 浴中加熱并密閉攬拌化完全溶解，將兩者^一定的質量比共混，111(〔5):111。￥4)為80:20，并 在40°C水浴下磁力攬拌均勻，混合溶液濃度為8%，。
[0053] 步驟2:配置CS與PVA的質量比為100:0、90:10、80:20、70:30四種溶液，配置質量分 數分別為4 % ,6% ,8% ,10%的四種溶液，配制乙酸的質量濃度為5 % ,10% ,15%，20 %， 25 %五種溶液，W優化靜電紡絲條件；
[0054] 步驟3:將鑄膜液裝入注射器中，采用平口針頭進行靜電紡絲(平口針頭的內徑為 1.0mm)，收集器上設有侶錐W承載復合納米纖維，紡絲電壓為25KV，注射器到收集器的距離 為12cm，得到侶錐承載的殼聚糖納米纖維膜；
[0055] 所述的收集器為收集漉，收集漉為圓柱形，收集漉的滾軸轉速300轉/s，在靜電紡 絲的同時，所述的平口針頭沿收集漉的滾軸方向水平往復移動，移動速率為〇.5cm/s。
[0化6] 靜電紡絲的相對濕度20%。
[0057]步驟4 :紡絲結束后關機，用綴子將纖維膜掲下來，于室溫下干燥24h后，用1M的 K2C03溶液浸泡化，W中和過量的醋酸，再用去離子水將殘留在纖維膜表面的離子洗脫，直 到pH為7,將纖維膜放入真空冷凍干燥機中在-54°C下真空干燥16h保存W備使用。
[005引本實施例中，±壤修復柱直徑為3.5cm，長為10畑1，修復柱兩端各連接一個電解室， 定量濾紙的直徑為8cm。采用某煤桿石堆場所取±壤樣品，通過人為添加重金屬Cu、Cr和多 環芳控PHE、PYR進入±壤，W模擬受污染的±壤，多環芳控初始質量分數分別為150和 200mg/kg，重金屬初始質量分數為800mg/kg。實驗中的電壓為20V;修復時間為4d;實驗采用 濃度為0.1M的NaO田容液控制陽極的抑值在4左右；W0.1M的巧樣酸-巧樣酸鋼緩沖液來控制 陰極的抑使其保持在7左右；同時在電解室內加入濃度為5.3g/L的TweenSO。實驗中需要按 時更換納米纖維膜，更換周期為化。
[0059]修復開始后需要按時測定系統的電流變化情況及電滲流累積情況，并按時更換電 解液保證兩電解室內的抑在一定的范圍內，修復結束后，將裝置拆除，從陽極處每隔兩厘米 取±樣，測定±壤中各段污染物的剩余量及pH值，并對污染物做質量守恒分析。
[0060]本發明的實施例中用于處理±壤重金屬和多環芳控復合污染物時，在電遷移的作 用下，重金屬Cu朝著陰極移動，重金屬化朝著陽極移動;在電滲析的作用下，多環芳控化e和 Pyr朝著陰極移動。隨著處理時間的增加，上壤抑從陽極到陰極呈現逐漸增大的趨勢。4d之 后，重金屬Cu和Cr的去除效率分別達到了88.3%和85.3%;多環芳控Phe和Pyr的去除效率 分別達到了 75.3 %和65.7 %。
[0061 ] 表2質量守恒分析 [0062]
【主權項】
1. 一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，包括土壤修復柱、電解室、石墨電極、 直流電源、納米纖維膜，其中： 所述土壤修復柱用于承載污染的土壤； 所述電解室包括陽極電解室及陰極電解室，在所述土壤修復柱的兩側分別設有一個陽 極電解室及一個陰極電解室，陽極電解室及陰極電解室內分別盛放有陽極電解液及陰極電 解液，所述土壤修復柱的兩端分別與陽極電解室與一個陰極電解室相連接； 在所述土壤修復柱與所述陽極電解室及所述土壤修復柱與所述陰極電解室的連接處 分別放置用于防止土壤進入電解室內的定量濾紙； 在陽極電解液及陰極電解液內分別放置有石墨電極，石墨電極與直流電源電路相通， 從而產生流經所述土壤修復柱的電流； 所述納米纖維膜為靜電紡絲技術制備的殼聚糖納米纖維膜，放置于土壤與定量濾紙之 間，通過殼聚糖納米纖維膜處理迀移出土壤的污染物。2. 如權利要求1所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述的土壤修復 柱為有機玻璃柱，在朝上側處開有數個用于防止因土壤性質變化而引起爆裂的小孔。3. 如權利要求1所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述陽極電解液 為0 · lMNa0H+Tween80，所述陰極電解液為0 · 1M KCL+0 · lMCA-NaCA。4. 如權利要求1所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述Tween80的 濃度為5.3g/L。5. 如權利要求1所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述直流電源提 供的電壓為20V。6. 如權利要求1所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述殼聚糖納米 纖維膜的制備方法包括以下步驟： 步驟1:鑄膜液的制備:采用殼聚糖與聚乙烯醇混紡，稱取一定質量的CS粉末于冰乙酸 中，在密閉下攪拌均勻;稱取一定量的PVA溶于超純水中，在95°C水浴中加熱并密閉攪拌2h 完全溶解，得到混合溶液，其中，m(CS):m(PVA)為80: 20，混合溶液濃度為8 %，乙酸濃度為 20% ； 步驟2:配置CS與PVA的質量比為100:0、90:10、80:20、70:30四種溶液，配置質量分數分 別為4%，6%，8%，10%的四種溶液，配制乙酸的質量濃度為5%，10%，15%，20%，25%五 種溶液，以優化靜電紡絲條件； 步驟3:將鑄膜液裝入注射器中，采用平口針頭進行靜電紡絲，收集器上設有鋁箱以承 載復合納米纖維，紡絲電壓為25KV，注射器到收集器的距離為12cm，得到鋁箱承載的殼聚糖 納米纖維膜； 步驟4:紡絲結束后關機，用鑷子將纖維膜揭下來，于室溫下干燥24h后，用1M的Κ2ω3溶 液浸泡3h，以中和過量的醋酸，再用去離子水將殘留在纖維膜表面的離子洗脫，直到pH為7， 將纖維膜放入真空冷凍干燥機中在-54 °C下真空干燥16h保存以備使用。7. 如權利要求6所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述的平口針頭 的內徑為1 .〇mm。8. 如權利要求6所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述的步驟3中， 所述的收集器為收集輥，收集輥為圓柱形，收集輥的滾軸轉速300轉/s，在靜電紡絲的同時， 所述的平口針頭沿收集輥的滾軸方向水平往復移動，移動速率為ο. 5cm/s。9.如權利要求6所述的一種土壤復合污染物的修復系統，其特征在于，所述的步驟3中 靜電紡絲的相對濕度20 %。
【文檔編號】B09C1/08GK105935694SQ201610505080
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】黃滿紅, 單文盼, 張燕青
【申請人】東華大學