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电动力学土壤修复技术中电催化涂层钛电极的应用

      我国土壤污染的问题比较严重,土壤修复的技术研究与应用就显得非常重要。近些年来,电动力学土壤修复技术在国内发展和应用越来越受重视。该技术经济效益高、后处理方面、二次污染少等一系列优点,在土壤修复方面有着良好的应用前景。

土壤修复

      与传统的清洗法、生物处理法等污染土壤修复技术相比,电动力学修复技术成本低、使员工范围广(原位及异位修复皆可,处理饱和、不饱和土壤皆可)。接触有害物质少、可控性强、处理快速且比较彻底。特别适用于小范围的粘纸多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复。

       一、电动力学土壤修复原理

       电动力学法的基本原理是在污染土壤区域插入电极,施加直流电后形成电场,土壤中的污染物在直流电场作用下定向迁移,富集在电极区域,再通过其他方法(电镀、沉淀/共沉淀、抽出、离子交换树脂等)去除。此技术在欧洲不仅应用于铅污染土壤,同时也应用于铜、锌、铬、镍和镉等重金属污染土壤的修复。此技术操作简单,安装方便,且技术经济性可行,可将含铅100mg/kg的污染土壤去除到5~10mg/kg水平。然而,电极对易腐蚀,存在二次污染风险。此外,土壤的复杂条件也是该技术的限制因素。

电动力学修复过程中污染物的迁移机理有3个现象:

(1)电渗析:土壤孔隙表面带有负电荷,与孔隙水中的离子形成双电层,在外加电场作用下,土壤中的孔隙水从阳极向阴极方向流动。随孔隙水迁移的污染物质富集在阴极附近,可以被抽出进行处理;

(2)电迁移:带电离子或配位体在外加电场作用下向电性相反的电极迁移(正离子向阴极迁移, 负离子向阳极迁移)的过程;

(3)电泳:土壤中带电胶体粒子,包括细小土壤颗粒、腐殖质及微生物细胞等,在外加电场作用下的迁移。从而可以除去这些胶体粒子和吸附在这些颗粒上的污染物质。

电动力学土壤修复原理图

       二、电动力学土壤修复电极材料的选用

       电动力学处理过程中阳极应该选用惰性电极如石墨、铂、金、银等,在实际应用中多选用石墨电极,阴极可以用普通的金属电极。阳极产生的H+ ,在直流电场的作用下向阴极迁移,这样就容易形成酸性迁移带。酸性迁移带的形成促使重金属离子从土壤表面解吸及溶解,进行迁移。不同的电极材料、电极材料的形状及电极的排列都会对电动力学修复产生影响,不同的电极材料会影响其在电动修复中电场的分布、放电速率。

      传统石墨阳极易受腐蚀,存在二次风险,不能适应复杂的土壤条件。近些年来,随着不溶性钛阳极在各领域的广泛应用,在土壤修复中也发挥了很大的作用。选用钛作为基体涂覆有氧化物涂层的阳极,具有良好的电催化活性,耐腐蚀性能更强,使用寿命更长,形状制作灵活,在选用氧化物钛阳极作为土壤修复阳极材料,较石墨等其他材料性能、成本控制更适合,在重金属污染土壤的修复技术中应用前景很广泛。下面几种类型的电催化钛电极材料,是我司为一部分客户定做的土壤修复专用电极材料,一种是螺旋式电极直接插入到土壤中,一种是mmo网状钛网阳极带,配合钛导电带使用,埋入所需修复的土壤中,一种是板式结构的电极组。


电动力学土壤修复用钛电极组电动力学土壤修复钛网阳极带


       虽然电动力学技术已在污染土壤尤其是低渗透性的土壤修复中得到了充分的应用,并且一些列的现场治理也证明了其具有的优势,单作为一种新技术仍需要不断完善。总之,目前需要发展更多的组合技术、修复材料、研究更适宜的修复条件,这是解决电动力学修复污染土壤的关键。

        欢迎交流合作电化学电极材料在各种新领域的应用及研究,陕西优创科技致力于电催化电极材料及电催化电解装置的研发与制造,尤其是在阴极保护和湿法冶金领域有成熟的技术条件,在新型阳极材料的制备与工艺改进方面,日趋完善。欢迎感兴趣的各界朋友们咨询交流,来厂参观访问交流合作。


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