[發(fā)明專(zhuān)利]一種從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811630719.8
• 申請(qǐng)日: 2018-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109772874B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉晶;李永濤;李月;張曉林;趙曉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所
• 主分類(lèi)號(hào): B09C1/08
• 分類(lèi)號(hào): B09C1/08;B09C1/10;B09B3/60;B09B3/70;B09B5/00;B09B101/90
• 代理公司: 北京睿智保誠(chéng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的裝置，其特征在于所述裝置為立方體型，包括外箱體(1)，外箱體兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)多孔法蘭板(3)，每個(gè)多孔法蘭板的內(nèi)側(cè)各設(shè)置有一個(gè)活性炭空氣陰極(4)，所述的活性炭空氣陰極由導(dǎo)電炭黑擴(kuò)散層、不銹鋼網(wǎng)集流體和活性炭催化層組成，導(dǎo)電炭黑擴(kuò)散層和活性炭催化層分別由導(dǎo)電炭黑或超級(jí)電容活性炭與聚四氟乙烯乳液充分混合輥壓制成；外箱體的中部設(shè)置有兩個(gè)中空法蘭板(2)，兩個(gè)中空法蘭板之間設(shè)置有一個(gè)碳纖維布陽(yáng)極(5)，碳纖維布陽(yáng)極(5)與兩個(gè)活性炭空氣陰極(4)之間的距離均為10cm，各活性炭空氣陰極與碳纖維布陽(yáng)極之間分別通過(guò)導(dǎo)線(6)連接負(fù)載或外電阻(7)；

從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第1步、土壤樣品的采集與前處理；

第1.1步、采集受試石油烴污染鹽堿土壤，土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩備用；

第1.2步、土壤樣品的前處理；

1)將去離子水與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行混合；

2)同樣，將濃度為1.16g/L的KCl溶液與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行充分混合；

3)將濃度為1.06g/L的ZnCl₂溶液與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行充分混合；

此處，向步驟2)和3)兩種處理土壤中添加KCl或ZnCl₂電解質(zhì)溶液是為了增加受試土壤的電導(dǎo)性，且兩種添加的摩爾電荷量相等；

第2步、裝置的構(gòu)成與安裝

按照上述裝置的內(nèi)容構(gòu)建并安裝9個(gè)所述從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的裝置；每3個(gè)裝置為一組，每組裝置內(nèi)放入第1.2步中處理的一種土壤樣品：

裝入第1.2步1)處理土壤的裝置標(biāo)記為CK，其中開(kāi)路標(biāo)記為CKOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為CK-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為CK-2000；

裝入第1.2步2)處理土壤的裝置標(biāo)記為K，其中開(kāi)路標(biāo)記為KOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為K-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為K-2000；

裝入第1.2步3)處理土壤的裝置標(biāo)記為Zn，其中開(kāi)路標(biāo)記為ZnOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為Zn-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為Zn-2000；

外電阻的連接是為了計(jì)算裝置的產(chǎn)電效能，連接不同負(fù)載的外電阻是為了改變回路中的電流強(qiáng)度，從而考察不同電流強(qiáng)度下該裝置的產(chǎn)電和脫鹽效能；每個(gè)裝置由兩個(gè)腔室組成，兩個(gè)腔室均由陽(yáng)極和陰極組成，視為一個(gè)處理的兩個(gè)平行，裝置的產(chǎn)電和脫鹽效能取兩個(gè)平行的平均值；

第3步、裝置累積電能的產(chǎn)生；

裝置安裝完成后放入30℃恒溫生化培養(yǎng)箱中啟動(dòng)，裝置的反應(yīng)時(shí)間為114d；通過(guò)電化學(xué)工作站和數(shù)控電壓采集卡每1800s采集一次外電阻兩端的電壓值，按照公式計(jì)算裝置的累積產(chǎn)電量；

第4步、裝置中土壤的電導(dǎo)率；

土壤的電導(dǎo)率是表征土壤鹽分含量的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確稱(chēng)取2.00g土壤干樣于50mL離心管中，加入10mL去離子水，渦旋震蕩5min后，以4000r/min離心15min，移取上清液2mL于10mL離心管中，使用梅特勒多參數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定；將陽(yáng)極和陰極之間土壤分割，每1cm間隔作為一個(gè)土壤樣品，測(cè)定土壤電導(dǎo)率；

第5步、裝置中土壤的水溶性總鹽含量；

土壤中水溶性總鹽含量是直接反映土壤鹽分含量的指標(biāo)，準(zhǔn)確稱(chēng)取2.00g土壤干樣于離心管中，加入10mL去離子水，渦旋震蕩30min后離心，取上清液6mL于已稱(chēng)重的蒸發(fā)皿中，烘箱中蒸干后，于干燥皿中冷卻，向已蒸干的蒸發(fā)皿中加入少量雙氧水，再次蒸發(fā)并冷卻，重復(fù)2-3次，直到蒸發(fā)皿中的固體呈白色；最后將帶有白色固體的蒸發(fā)皿冷卻后稱(chēng)重，記錄重量，并再次放入烘箱蒸發(fā)1h，冷卻后記錄重量，反復(fù)此步驟，直到兩次重量相差小于0.001g；取距離陽(yáng)極0-1、2-3、4-5、6-7、8-9和9-10cm土壤樣品測(cè)定土壤中水溶性總鹽含量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的裝置，其特征在于，所述的碳纖維布陽(yáng)極使用之前經(jīng)過(guò)丙酮浸泡過(guò)夜，用蒸餾水沖洗5遍以上，干燥后備用；兩片多孔法蘭板的作用一方面是固定活性炭空氣陰極，另一方面是保持活性炭空氣陰極與空氣接觸；兩片中空法蘭板的作用是固定碳纖維布陽(yáng)極。

3.一種從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第1步、土壤樣品的采集與前處理；

第1.1步、采集受試石油烴污染鹽堿土壤，土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩備用；

第1.2步、土壤樣品的前處理；

1)將去離子水與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行混合；

2)同樣，將濃度為1.16g/L的KCl溶液與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行充分混合；

3)將濃度為1.06g/L的ZnCl₂溶液與土壤按照體積質(zhì)量比以mL∶g計(jì)為170∶450進(jìn)行充分混合；

此處，向步驟2)和3)兩種處理土壤中添加KCl或ZnCl₂電解質(zhì)溶液是為了增加受試土壤的電導(dǎo)性，且兩種添加的摩爾電荷量相等；

第2步、裝置的構(gòu)成與安裝

按照權(quán)利要求1的內(nèi)容構(gòu)建并安裝9個(gè)所述從石油烴污染鹽堿土中回收電能且同步脫鹽的裝置；每3個(gè)裝置為一組，每組裝置內(nèi)放入第1.2步中處理的一種土壤樣品：

裝入第1.2步1)處理土壤的裝置標(biāo)記為CK，其中開(kāi)路標(biāo)記為CKOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為CK-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為CK-2000；

裝入第1.2步2)處理土壤的裝置標(biāo)記為K，其中開(kāi)路標(biāo)記為KOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為K-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為K-2000；

裝入第1.2步3)處理土壤的裝置標(biāo)記為Zn，其中開(kāi)路標(biāo)記為ZnOC，連接外電阻100Ω的裝置標(biāo)記為Zn-100，連接外電阻2000Ω的裝置標(biāo)記為Zn-2000；

外電阻的連接是為了計(jì)算裝置的產(chǎn)電效能，連接不同負(fù)載的外電阻是為了改變回路中的電流強(qiáng)度，從而考察不同電流強(qiáng)度下該裝置的產(chǎn)電和脫鹽效能；每個(gè)裝置由兩個(gè)腔室組成，兩個(gè)腔室均由陽(yáng)極和陰極組成，視為一個(gè)處理的兩個(gè)平行，裝置的產(chǎn)電和脫鹽效能取兩個(gè)平行的平均值；

第3步、裝置累積電能的產(chǎn)生；

裝置安裝完成后放入30℃恒溫生化培養(yǎng)箱中啟動(dòng)，裝置的反應(yīng)時(shí)間為114d；通過(guò)電化學(xué)工作站和數(shù)控電壓采集卡每1800s采集一次外電阻兩端的電壓值，按照公式計(jì)算裝置的累積產(chǎn)電量；

第4步、裝置中土壤的電導(dǎo)率；

土壤的電導(dǎo)率是表征土壤鹽分含量的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確稱(chēng)取2.00g土壤干樣于50mL離心管中，加入10mL去離子水，渦旋震蕩5min后，以4000r/min離心15min，移取上清液2mL于10mL離心管中，使用梅特勒多參數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定；將陽(yáng)極和陰極之間土壤分割，每1cm間隔作為一個(gè)土壤樣品，測(cè)定土壤電導(dǎo)率；

第5步、裝置中土壤的水溶性總鹽含量；

土壤中水溶性總鹽含量是直接反映土壤鹽分含量的指標(biāo)，準(zhǔn)確稱(chēng)取2.00g土壤干樣于離心管中，加入10mL去離子水，渦旋震蕩30min后離心，取上清液6mL于已稱(chēng)重的蒸發(fā)皿中，烘箱中蒸干后，于干燥皿中冷卻，向已蒸干的蒸發(fā)皿中加入少量雙氧水，再次蒸發(fā)并冷卻，重復(fù)2-3次，直到蒸發(fā)皿中的固體呈白色；最后將帶有白色固體的蒸發(fā)皿冷卻后稱(chēng)重，記錄重量，并再次放入烘箱蒸發(fā)1h，冷卻后記錄重量，反復(fù)此步驟，直到兩次重量相差小于0.001g；取距離陽(yáng)極0-1、2-3、4-5、6-7、8-9和9-10cm土壤樣品測(cè)定土壤中水溶性總鹽含量。