[發明專利]一種高效去除酸性土壤中Cr6+的微生物燃料電池裝置及方法

在審

• 申請號: 201710584197.1
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107377608A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 楊彥;丁建寧;劉帥帥;沈錢勇
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B09C1/06
• 分類號: B09C1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于土壤重金屬污染修復技術領域，具體涉及一種六價鉻(Cr⁶⁺)污染的酸性土壤的修復裝置和方法。

背景技術

酸性土壤指pH值小于7的土壤總稱。酸性土壤危害很多，最主要的是嚴重影響土壤生物活性以及土壤結構，不利于植物生長。此外，相比在非酸性土壤，酸性土壤中重金屬離子的相對穩定性差以及重金屬離子的生物活性高。導致酸性土壤污染的重金屬主要包括Cr、Mn、Cu、As、Cd、Hg、Pb等，這些重金屬不易分解，人食用后毒性大，甚至會和其他化合物結合生成毒性更大的二次污染物，其中尤以重金屬鉻(Cr)的毒性和污染最為突出和普遍。

當酸性土壤受鉻污染后，會導致土壤嚴重退化失活，嚴重者寸草不生，失去生態功能。因此必須對受到鉻污染的酸性土壤進行修復。

鉻的原子序為24，分子量為51.996，具體存在價態多為+2、+3、+6。+2價不穩定易氧化，+3價強酸鹽易溶，+6價多以鉻酸鹽(CrO₄^2-)、重鉻酸鹽(Cr₂O₇^2-)為主。其中最受大家關注的是六價鉻(Cr⁶⁺)。

六價鉻(Cr⁶⁺)具有強毒性以及較強的致突變、致癌作用，對環境具有持久危險性。六價鉻(Cr⁶⁺)易溶于水，滲透性強，不易降解，轉移性強，易富集植物，它很容易被人體所吸收，可通過消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體，長時間接觸或吸入對人體健康會造成極大威脅。因此加強對Cr⁶⁺的針對性修復尤為重要。

目前，針對土壤中鉻污染修復方法多為傳統修復。傳統的修復方法主要是物理、化學方法，主要有熱解吸附法、化學淋洗、化學氧化還原和電動修復等。但是由于六價鉻(Cr⁶⁺)易溶于水，滲透性強，分離難度大，處理成本高，使用傳統的修復方法很難達到高效率、低能耗、低投入的修復效果，而且易造成再次污染，破壞土壤生態。但是，專門針對酸性土壤六價鉻污染的修復方法和修復裝置卻極為少見，一些研究學者正在為此做出努力。

中國專利文獻CN201610627504公開了一種《一種同步去除硝酸鹽和六價鉻的電極生物膜反應器》，該反應器在陰、陽極材料環片之間設置有生物載體，促進污染物與微生物的接觸，通過外加電流，實現體系自養-異養協同反硝化，且電流電解水產生的氫氣為還原六價鉻提供電子，可達到同步高效去除復合污染硝酸鹽和六價鉻。可本發明需要借助多種材料，過程復雜，處理設備復雜，運行成本高，并且耗能，不宜推廣應用。

CN201420221484公開了一種《一種原位修復重金屬六價鉻污染土壤的MFC裝置》，該裝置分別將陽極組和陰極組埋于污染土壤中，陽極組就地利用土壤中的有機物作為燃料，產生的電子通過陽極和導線到達陰極組，對吸附在陰極組的重金屬六價鉻進行還原，以從而促進土壤重金屬六價鉻污染物的降解和轉化，實現六價鉻重金屬污染土壤的原位修復。可該裝置所用電極未經修飾，電荷轉移內阻相對較大，電子傳遞速率較小，處理效果不佳。

本發明采用多孔碳摻雜技術制備生物膜電極，通過構建MFCs系統對酸性土壤六價鉻進行還原性修復，結構簡單，制備、運行成本低，不但不耗能，還會產生少量電能。而且，該裝置由于是在酸性厭氧的環境下進行應用，Cr⁶⁺在酸性厭氧環境下被還原效率高，加強了裝置的處理能力。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用多孔碳摻雜生物膜電極構建MFC系統高效修復六價鉻污染的酸性土壤的方法及裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種高效去除酸性土壤中Cr⁶⁺的微生物燃料電池裝置及方法，主要用于土壤污染修復領域，包括多孔碳摻雜生物膜陽極和碳氈陰極，所述陽極和陰極相互分隔開埋置于Cr⁶⁺污染的酸性土壤中并通過導線連接，外接負載電阻，陰陽極之間鋪設質子交換膜。

進一步作為本發明技術方案的改進，所述陽極采用多孔碳摻雜生物膜陽極。

進一步作為本發明技術方案的改進，采用多孔碳摻雜技術制備生物膜陽極。

具體方法如下：