實驗名稱：污泥電動修復技術研究

　　研究方向：近(jin)年(nian)來，污(wu)(wu)水經污(wu)(wu)水處(chu)理廠(chang)處(chu)理后(hou)由濁變(bian)輕，但水中的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)染(ran)物卻轉而(er)富集、沉淀(dian)在(zai)剩余污(wu)(wu)泥(ni)中，并未(wei)消失殆盡，逐(zhu)年(nian)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)產量(liang)勢(shi)必成(cheng)為引爆環(huan)境(jing)危機(ji)的(de)(de)(de)(de)定時(shi)炸彈。中國工程(cheng)院院士侯立(li)安指出，受“重(zhong)水輕泥(ni)”思想的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，受監管存在(zai)漏洞以(yi)及(ji)處(chu)理費用(yong)高昂(ang)、制成(cheng)品銷路(lu)不(bu)暢等(deng)(deng)因素掣肘，我國現有(you)(you)(you)污(wu)(wu)水處(chu)理廠(chang)產生的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)有(you)(you)(you)80%左右并未(wei)得到(dao)妥(tuo)善(shan)處(chu)置(zhi)。隨逐(zhu)年(nian)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)市政污(wu)(wu)水以(yi)及(ji)工業污(wu)(wu)水處(chu)理量(liang)而(er)逐(zhu)年(nian)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)產量(liang)勢(shi)必成(cheng)為引爆環(huan)境(jing)危機(ji)的(de)(de)(de)(de)定時(shi)炸彈。目前(qian)已有(you)(you)(you)包括Pb、Cd、Cr、Zn、Cu等(deng)(deng)重(zhong)金屬鹽、難(nan)降(jiang)解有(you)(you)(you)毒有(you)(you)(you)害物質以(yi)及(ji)持久性有(you)(you)(you)機(ji)污(wu)(wu)染(ran)物等(deng)(deng)在(zai)內的(de)(de)(de)(de)150種成(cheng)分被(bei)證(zheng)實存在(zai)于污(wu)(wu)泥(ni)中，若不(bu)加(jia)處(chu)置(zhi)任意排放，極容易造成(cheng)二次污(wu)(wu)染(ran)。

　　所以(yi)，研(yan)究合理處(chu)置處(chu)理并充分利用污泥的(de)有(you)效途徑是(shi)目前環(huan)境領域亟待解(jie)決的(de)問題之一，具(ju)有(you)重要的(de)現實意義(yi)。在使用惰性電(dian)極(ji)的(de)情況(kuang)下(xia)，施(shi)加(jia)外加(jia)電(dian)場，電(dian)極(ji)處(chu)會(hui)(hui)發生(sheng)(sheng)水的(de)電(dian)解(jie)反應，同時陽極(ji)伴(ban)(ban)隨有(you)O2和(he)(he)H+產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)，在陰極(ji)伴(ban)(ban)隨有(you)OH—和(he)(he)H2產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)，產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)氣體散(san)逸(yi)至空氣中，而(er)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)氫(qing)離子(zi)和(he)(he)氫(qing)氧根則在電(dian)場的(de)作用下(xia)會(hui)(hui)以(yi)電(dian)滲流(liu)、電(dian)遷移、擴(kuo)散(san)等(deng)方(fang)式分別對應至陰極(ji)區(qu)和(he)(he)陽極(ji)區(qu)移動，直至相遇中和(he)(he)，產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)pH突變。

　　用(yong)高頻正弦(xian)電(dian)(dian)(dian)場替(ti)換傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)壓直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)場進(jin)(jin)行銅尾礦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)實驗，正弦(xian)電(dian)(dian)(dian)場極(ji)性交(jiao)替(ti)過(guo)程(cheng)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)和(he)效(xiao)(xiao)應，能(neng)有效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消耗(hao)掉陰極(ji)富集的(de)(de)(de)(de)(de)(de)OH—，防(fang)止(zhi)OH—與從尾礦中(zhong)(zhong)溶解下來(lai)遷(qian)移至陰極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cu2+結合產生沉淀，阻礙反(fan)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)繼續進(jin)(jin)行，降(jiang)低Cu2+去除(chu)(chu)效(xiao)(xiao)率(lv)，研(yan)(yan)究顯示，控(kong)制其他條件不變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況下，正弦(xian)電(dian)(dian)(dian)場修(xiu)復(fu)(fu)(fu)能(neng)將Cu2+的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)(chu)率(lv)提(ti)高72%，相較(jiao)于傳(chuan)統(tong)持續性通電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)，周(zhou)期性通電(dian)(dian)(dian)能(neng)夠在保證污(wu)染(ran)物As去除(chu)(chu)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時，顯著降(jiang)低裝(zhuang)置整體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量消耗(hao)。MingZhou等(deng)用(yong)交(jiao)換電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)對Cr污(wu)染(ran)土(tu)(tu)壤進(jin)(jin)行電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)，研(yan)(yan)究顯示，交(jiao)換電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)能(neng)夠有效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少傳(chuan)統(tong)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)技術(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)出現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚焦效(xiao)(xiao)應，提(ti)高反(fan)應體(ti)系的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，去除(chu)(chu)土(tu)(tu)壤中(zhong)(zhong)91.88%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)六價鉻(ge)。PengZhang等(deng)用(yong)二(er)位(wei)交(jiao)叉電(dian)(dian)(dian)場對鉻(ge)渣場附(fu)近土(tu)(tu)壤進(jin)(jin)行電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)，即在橫(heng)向方(fang)向上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)場基礎上(shang)再復(fu)(fu)(fu)合一縱向方(fang)向電(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)，阻止(zhi)六價鉻(ge)在介質中(zhong)(zhong)向下遷(qian)移的(de)(de)(de)(de)(de)(de)趨勢，顯著提(ti)高六價鉻(ge)污(wu)染(ran)土(tu)(tu)壤的(de)(de)(de)(de)(de)(de)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)效(xiao)(xiao)率(lv)。

　　實驗目的：實(shi)現污泥中重金屬的(de)遷移(yi)、捕集(ji)、釋放，為后續實(shi)驗做鋪墊(dian)

　　測試設備：信號發生器、ATA-3040功率放大器、高精度示(shi)波器、自動(dong)滴定器、磁力攪(jiao)(jiao)拌(ban)器、蠕動(dong)泵、有機(ji)玻璃反應器、陰陽極、磁力攪(jiao)(jiao)拌(ban)器、電動(dong)攪(jiao)(jiao)拌(ban)器

　　實驗過程：為(wei)了輸(shu)(shu)出(chu)(chu)特(te)定頻率(lv)、幅(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)方波(bo)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，用函(han)數信號發生器(qi)(qi)(qi)、功率(lv)放大器(qi)(qi)(qi)組(zu)裝作為(wei)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，同時配備高精(jing)度示波(bo)器(qi)(qi)(qi)，驗(yan)(yan)證輸(shu)(shu)出(chu)(chu)波(bo)形的(de)(de)準確(que)性，控(kong)制電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)方波(bo)頻率(lv)為(wei)600Hz不變，設置EK-1、EK-2、EK-3三組(zu)實(shi)驗(yan)(yan)（三組(zu)平(ping)行(xing)實(shi)驗(yan)(yan)），按1V/cm、1.5V/cm、2V/cm電(dian)(dian)(dian)壓梯度，對應(ying)改(gai)變電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)方波(bo)幅(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)-4.5-0V、-6.75-0V、-9V-0（以陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)為(wei)例），陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)室(shi)添(tian)加(jia)(jia)100mLNaNO3（0.01mol/L）溶液(ye)作為(wei)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)，調(diao)試pH控(kong)制系統，控(kong)制裝置運行(xing)過程中(zhong)陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)室(shi)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)pH值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)5.5左(zuo)右，組(zu)裝有機玻璃反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)各組(zu)件，用蠕動泵添(tian)加(jia)(jia)1L待處理(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)于反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)陽極(ji)(ji)(ji)室(shi)/污(wu)泥(ni)(ni)(ni)室(shi)中(zhong)，接(jie)通電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，連續通電(dian)(dian)(dian)36h，為(wei)防止陽極(ji)(ji)(ji)室(shi)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)沉淀(dian)，維持陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)室(shi)溶質均(jun)質，修(xiu)復(fu)過程中(zhong)分別(bie)以40r/min、300r/min的(de)(de)速度常溫下(xia)用磁力攪拌器(qi)(qi)(qi)、電(dian)(dian)(dian)動攪拌器(qi)(qi)(qi)緩慢攪拌陽極(ji)(ji)(ji)室(shi)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)和陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)室(shi)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)，在0h、6h、12h、24h、36h分別(bie)取樣，測定污(wu)泥(ni)(ni)(ni)pH值(zhi)(zhi)(zhi)及(ji)重金(jin)屬含量(liang)，修(xiu)復(fu)結束后(hou)，卸下(xia)陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)碳氈，為(wei)確(que)定陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)回收重金(jin)屬量(liang)，將(jiang)(jiang)陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)于室(shi)溫下(xia)自然晾干后(hou)置于20mL0.1mol/LHNO3溶液(ye)中(zhong)，浸泡12h，待陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)(ji)上(shang)沉積重金(jin)屬完全溶解后(hou)，取溶解后(hou)液(ye)體(ti)，過0.45μm濾膜(mo)，將(jiang)(jiang)得到(dao)的(de)(de)樣品(pin)稀釋(shi)一定倍數后(hou)用ICP-MS測定溶液(ye)中(zhong)重金(jin)屬的(de)(de)總量(liang)。其實(shi)驗(yan)(yan)流程框圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)1-1。

　　圖1-1實驗流程框圖

　　實驗結果：對(dui)自(zi)摻(chan)雜(za)聚(ju)苯(ben)(ben)胺(an)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)SEM測(ce)試表明，制得的(de)(de)(de)(de)自(zi)摻(chan)雜(za)聚(ju)苯(ben)(ben)胺(an)材料(liao)為無孔空(kong)心球和微粒的(de)(de)(de)(de)聚(ju)集(ji)體，具有密度小，比表面積大(da)的(de)(de)(de)(de)特點，能夠(gou)(gou)實現更大(da)的(de)(de)(de)(de)π共軛結構。材料(liao)對(dui)不同金屬(shu)離子(zi)溶液的(de)(de)(de)(de)吸附性(xing)能實驗驗證了材料(liao)對(dui)Pb2+優異的(de)(de)(de)(de)識別性(xing)能，進一步的(de)(de)(de)(de)FT-IR測(ce)試表明材料(liao)由于(yu)-SO3-、-NH2、-N=、N-H基團的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)Pb2+顯示出更強(qiang)的(de)(de)(de)(de)絡合效應。碳(tan)(tan)(tan)氈(zhan)的(de)(de)(de)(de)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)阻抗(kang)測(ce)試表明，碳(tan)(tan)(tan)粉的(de)(de)(de)(de)添加(jia)增(zeng)加(jia)了電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)導電(dian)性(xing)，添加(jia)Nafion溶液作為粘合劑時(shi)，雖然Nafion的(de)(de)(de)(de)絕緣性(xing)會(hui)阻礙電(dian)極(ji)表面電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)遞(di)，但Nafion的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)能夠(gou)(gou)顯著的(de)(de)(de)(de)改善工作電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)機械穩定性(xing)，有利(li)于(yu)后續Pb2+的(de)(de)(de)(de)富集(ji)。碳(tan)(tan)(tan)氈(zhan)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)循環(huan)伏(fu)安測(ce)試表明，自(zi)摻(chan)雜(za)聚(ju)苯(ben)(ben)胺(an)材料(liao)作為電(dian)活性(xing)物(wu)質負載至碳(tan)(tan)(tan)氈(zhan)電(dian)極(ji)上后，使得Pb2+開始在(zai)(zai)電(dian)極(ji)表面富集(ji)，發生氧化還原反應。根據修(xiu)飾碳(tan)(tan)(tan)氈(zhan)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)電(dian)流和峰(feng)形確定了Nafion溶液的(de)(de)(de)(de)最佳摻(chan)雜(za)量。

　　圖(tu)1-2不同Nafion修(xiu)飾(shi)量對(dui)自(zi)摻雜聚苯胺/碳粉/Nafion混合修(xiu)飾(shi)碳氈電極電化學活性的影響

　　圖1-3碳(tan)氈電極(ji)和自摻雜聚苯胺/碳(tan)粉/Nafion混(hun)合修飾碳(tan)氈電極(ji)循環伏安圖

　　功率放大器推薦(jian)：ATA-3040C功率(lv)放大器

　　圖：ATA-3040C功率放大器指標參數

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