一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種環境污染治理設備技術領域，特別涉及一種可去除土壤中重 金屬陽離子的雙極膜電解槽。
【背景技術】
[0002] 土壤重金屬污染由于具有隱蔽性、長期性和不可逆轉性已成為全球性的棘手環境 問題。我國重金屬污染耕地面積約有2500hm2,每年導致糧食減產1000多萬噸，污染糧食 1200多萬噸，經濟損失200多億元。美國《移民與難民研究》雜志報告，來自中國大陸移民 血液中鉛、鎘、汞等重金屬含量高于其他地區移民，其中鉛高出44%。對重金屬污染土壤的 治理，現在已越來越受到人們的廣泛重視，為此，世界各國開展了眾多的試驗研究工作。 [0003]目前，國內外處理土壤重金屬污染的方法主要有：1)客土法：將非污染土壤置換 污染土壤，該方法需要大量的人力、物力與財力，土壤恢復需較長時間，置換出來的土壤存 在二次污染問題。2)淋洗法：一般用酸淋洗，需要大量的酸溶液，從而會產生大量的污水， 且容易造成地下水的污染。3)電動化學法：重金屬在外加電場作用下，迀移至電極附近， 再通過其它方法去除，能耗較大。4)植物修復法：植株小，處理速度慢，植株高大對重金 屬耐受力差。5)微生物修復法：時效慢，培養條件苛刻，微生物難成活。單一技術都有其局 限性，無法在實際應用中加以推廣。
[0004] 雙極膜是一種新型的離子交換復合膜，利用雙極膜技術修復重金屬污染的土壤， 具有電流效率和電槽空間利用率高、電極表面副反應少、能耗低、無需外加大量酸溶液、不 產生二次污染等優點。雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的基本原理是雙極膜在直流電 場作用下，中間界面層中水發生解離，源源不斷生成氫離子（故無需外加酸溶液，不會產生 大量污水），氫離子透過雙極膜的陽膜層進入土壤室中把土壤中的重金屬陽離子洗脫出來， 被洗脫出來的重金屬陽離子在電場作用下，進入水室。同時，雙極膜中間界面層水解離產生 的氫氧根離子（在單個土壤室時氫氧根離子由陰極產生），在電場作用下透過雙極膜陰膜 層進入水室，與進入水室的重金屬陽離子反應，產生沉淀而去除，從而不造成二次污染。重 金屬陽離子在氫離子洗脫和電場作用下易于洗脫、迀移而從土壤中去除。應用雙極膜技術 去除土壤中重金屬的方法是將酸淋洗和電動化學法有機地結合起來，兼具二者優點，克服 其缺點。本實用新型還可用于污泥、礦渣等固體廢棄物中金屬陽離子的去除方面。
【發明內容】
[0005] 本實用新型提供一種安全有效的應用雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的雙 極膜電解槽。該電解槽利用雙極膜技術，將酸淋洗法與電動化學法有機結合起來，去除土 壤中重金屬陽離子，處理后的土壤重金屬陽離子含量大幅減少，且不產生二次污染。
[0006] 本實用新型所涉及的雙極膜電解槽，為長方體槽狀結構，電解槽內由陽極、陰離子 交換膜和陰極依序排列而成，并自然分隔為陽極室和陰極室，陽極和陰極分別與直流電源 的正負兩極相連接，其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設置有多個由雙極膜和陽離子交 換膜構成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、水室、陰極室，雙極膜 和陽離子交換膜之間為土壤處理室。
[0007] 所述的雙極膜，是特種離子交換膜，它是由陽膜層和陰膜層復合制成的陰、陽離子 復合膜。
[0008] 所述的雙極膜，在面向土壤處理室的側面還設置有微孔陶瓷板。
[0009] 所述的陽離子交換膜，在面向土壤處理室的側面還設置有微孔陶瓷板。
[0010] 所述的多個由雙極膜和陽離子交換膜構成的土壤處理單元，理論上可以無限個串 聯而成，考慮到配套成本以及電流電壓的因素，本實用新型所述的多個是指1~6個。
[0011] 上述的電解槽中的雙極膜在直流電場作用下，中間界面層中水發生解離，生成的 氫離子透過雙極膜陽膜層進入土壤室中，把土壤中的重金屬陽離子洗脫出來，被洗脫出來 的重金屬陽離子在電場作用下，進入水室，與雙極膜中間界面層產生并迀移到水室與陰極 產生的氫氧根離子反應，產生沉淀而去除。
[0012] 本實用新型具有的優點和積極效果是：1、雙極膜在直流電場作用下，中間界面層 中水發生解離而產生氫離子，無需外加酸，節約了成本，減少污水的產生。2、被洗脫出來的 重金屬陽離子在氫離子洗脫和電場作用下易于洗脫、迀移而從土壤中去除。3、進入水室的 重金屬陽離子能夠與雙極膜中間界面層中水解離產生（或陰極產生）的氫氧根離子反應， 產生沉淀而去除，不造成二次污染。4、可串聯，從而提高了電流效率和電槽空間利用率、減 少電極表面副反應發生、降低能耗和成本。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽結構 示意圖。
[0014] 圖2是本實用新型所述的設置多個土壤處理單元的一種可去除土壤中重金屬陽 離子的雙極膜電解槽結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為能進一步了解本實用新型的【實用新型內容】、特點及功效，茲結合附圖，以實施例 的方式做詳細說明。
[0016] 圖1中：1是電解槽；2是陽極；3是雙極膜；4是微孔陶瓷板；5是陽離子交換膜；6 是陰離子交換膜；7是陰極；I是陽極室；II是土壤室；III是水室；IV是陰極室。
[0017] 圖1中：1是電解槽；2是陽極；3是雙極膜；4是微孔陶瓷板；5是陽離子交換膜；6 是陰離子交換膜；7是陰極；I是陽極室；II是土壤室；III是水室；IV是陰極室。
[0018] 實施例1
[0019] 采用如圖1所示的一種應用雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤 室的兩側分別用雙極膜和陽膜，將陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔 開，陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0020] 本實施例所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金屬離 子，電壓梯度為l.〇V/m，電極間距為12cm，系統連續運行4d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表1。
[0021] 表1 :土壤處理前后重金屬含量（mg/Kg)。
[0022] 實施例2
[0023] 采用如圖2所示的一種應用雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤 室的兩側分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔 開，3個土壤室與3個水室交替串聯。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0024] 本實施例所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等重金屬離 子，電壓梯度為l.〇V/m，電極間距為36cm，系統連續運行4d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 05mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表2
[0025] 表2 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
[0028] 實施例3
[0029] 采用如圖2所示的一種應用雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤 室的兩側分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔 開，3個土壤室與3個水室交替串聯。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0030] 本實施例所處理的污染土壤中含有Pb2+、Zn2+、Cu' Cd' Ni' Cr3+、Cr6+等金屬離 子，電壓梯度為〇.85V/cm，電極間距為30cm，系統連續運行3d。陽極室和陰極室中均添加 以0. lmol/L的~溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重 金屬含量見表3。
[0031] 表3 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
[0032]
[0033] 實施例4
[0034] 采用如圖2所示的一種應用雙極膜技術去除土壤中重金屬陽離子的電解槽，土壤 室的兩側分別用雙極膜和陽膜與陽極室和水室隔開，另外土壤與膜之間用微孔陶瓷板隔 開，3個土壤室與3個水室交替串聯。陽極和陰極分別與直流電源的正負兩極相連接。
[0035] 本實驗所處理的污染土壤中含有？132+、2112+、(：11 2+、0(12+、附2+、〇3+、〇6+等金屬離子， 電壓梯度為1.5V/cm，電極間距為32cm，系統連續運行5d。陽極室和陰極室中均添加以 0. 5mol/L的似2304溶液作為電解液，其液面高度與污染土壤平齊，污染土壤處理前后重金 屬含量見表4。
[0036] 表4 :土壤處理前后重金屬含量mg/Kg
【主權項】
1. 一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，為長方體槽狀結構，電解槽內由 陽極、陰離子交換膜和陰極依序排列而成，并自然分隔為陽極室和陰極室，陽極和陰極分別 與直流電源的正負兩極相連接，其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設置有多個由雙極膜 和陽離子交換膜構成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、水室、陰 極室，雙極膜和陽離子交換膜之間為土壤處理室。2. 根據權利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的雙極膜是特種離子交換膜，它是由陽膜層和陰膜層復合制成的陰、陽復合膜。3. 根據權利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的雙極膜，在面向土壤處理室的側面還設置有微孔陶瓷板。4. 根據權利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的陽離子交換膜，在面向土壤處理室的側面還設置有微孔陶瓷板。5. 根據權利要求1所述的一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽，其特征是 所述的土壤處理單元，有1~6個。
【專利摘要】本實用新型涉及一種環境污染治理設備技術領域，特別涉及一種可去除土壤中重金屬陽離子的雙極膜電解槽。本實用新型所涉及的雙極膜電解槽，其特征是在陽極和陰離子交換膜之間設置有多個由雙極膜和陽離子交換膜構成的土壤處理單元，由此將電解槽分隔為陽極室、土壤處理室、水室、陰極室，陽極和陰離子交換膜之間為土壤處理室。本實用新型構建的電解槽，無需外加酸，節約了成本；重金屬陽離子能夠與水解離產生的氧根離子反應沉淀而去除；可串聯，通過一對陰、陽電極處理多個土壤處理室，從而提高電流效率和電槽空間利用率，降低能耗和成本。
【IPC分類】B09C1/08
【公開號】CN204934196
【申請號】CN201520549275
【發明人】陳日耀, 李忠貴, 蔡珍, 陳曉, 鄭曦
【申請人】福建師范大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年7月27日