[发明专利]一种从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的装置和方法有效

专利信息
申请号: 201811630719.8 申请日: 2018-12-29
公开(公告)号: CN109772874B 公开(公告)日: 2022-04-12
发明(设计)人: 李晓晶;李永涛;李月;张晓林;赵晓东 申请(专利权)人: 农业部环境保护科研监测所
主分类号: B09C1/08 分类号: B09C1/08;B09C1/10;B09B3/60;B09B3/70;B09B5/00;B09B101/90
代理公司: 北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙) 11732 代理人: 周新楣
地址: 300191*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 石油 污染 盐碱土 回收 电能 同步 脱盐 装置 方法
【权利要求书】:

1.一种从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的装置,其特征在于所述装置为立方体型,包括外箱体(1),外箱体两侧各设置有一个多孔法兰板(3),每个多孔法兰板的内侧各设置有一个活性炭空气阴极(4),所述的活性炭空气阴极由导电炭黑扩散层、不锈钢网集流体和活性炭催化层组成,导电炭黑扩散层和活性炭催化层分别由导电炭黑或超级电容活性炭与聚四氟乙烯乳液充分混合辊压制成;外箱体的中部设置有两个中空法兰板(2),两个中空法兰板之间设置有一个碳纤维布阳极(5),碳纤维布阳极(5)与两个活性炭空气阴极(4)之间的距离均为10cm,各活性炭空气阴极与碳纤维布阳极之间分别通过导线(6)连接负载或外电阻(7);

从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

第1步、土壤样品的采集与前处理;

第1.1步、采集受试石油烃污染盐碱土壤,土壤样品自然风干后过2mm筛备用;

第1.2步、土壤样品的前处理;

1)将去离子水与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行混合;

2)同样,将浓度为1.16g/L的KCl溶液与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行充分混合;

3)将浓度为1.06g/L的ZnCl2溶液与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行充分混合;

此处,向步骤2)和3)两种处理土壤中添加KCl或ZnCl2电解质溶液是为了增加受试土壤的电导性,且两种添加的摩尔电荷量相等;

第2步、装置的构成与安装

按照上述装置的内容构建并安装9个所述从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的装置;每3个装置为一组,每组装置内放入第1.2步中处理的一种土壤样品:

装入第1.2步1)处理土壤的装置标记为CK,其中开路标记为CKOC,连接外电阻100Ω的装置标记为CK-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为CK-2000;

装入第1.2步2)处理土壤的装置标记为K,其中开路标记为KOC,连接外电阻100Ω的装置标记为K-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为K-2000;

装入第1.2步3)处理土壤的装置标记为Zn,其中开路标记为ZnOC,连接外电阻100Ω的装置标记为Zn-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为Zn-2000;

外电阻的连接是为了计算装置的产电效能,连接不同负载的外电阻是为了改变回路中的电流强度,从而考察不同电流强度下该装置的产电和脱盐效能;每个装置由两个腔室组成,两个腔室均由阳极和阴极组成,视为一个处理的两个平行,装置的产电和脱盐效能取两个平行的平均值;

第3步、装置累积电能的产生;

装置安装完成后放入30℃恒温生化培养箱中启动,装置的反应时间为114d;通过电化学工作站和数控电压采集卡每1800s采集一次外电阻两端的电压值,按照公式计算装置的累积产电量;

第4步、装置中土壤的电导率;

土壤的电导率是表征土壤盐分含量的重要指标,准确称取2.00g土壤干样于50mL离心管中,加入10mL去离子水,涡旋震荡5min后,以4000r/min离心15min,移取上清液2mL于10mL离心管中,使用梅特勒多参数测定仪进行测定;将阳极和阴极之间土壤分割,每1cm间隔作为一个土壤样品,测定土壤电导率;

第5步、装置中土壤的水溶性总盐含量;

土壤中水溶性总盐含量是直接反映土壤盐分含量的指标,准确称取2.00g土壤干样于离心管中,加入10mL去离子水,涡旋震荡30min后离心,取上清液6mL于已称重的蒸发皿中,烘箱中蒸干后,于干燥皿中冷却,向已蒸干的蒸发皿中加入少量双氧水,再次蒸发并冷却,重复2-3次,直到蒸发皿中的固体呈白色;最后将带有白色固体的蒸发皿冷却后称重,记录重量,并再次放入烘箱蒸发1h,冷却后记录重量,反复此步骤,直到两次重量相差小于0.001g;取距离阳极0-1、2-3、4-5、6-7、8-9和9-10cm土壤样品测定土壤中水溶性总盐含量。

2.根据权利要求1所述的从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的装置,其特征在于,所述的碳纤维布阳极使用之前经过丙酮浸泡过夜,用蒸馏水冲洗5遍以上,干燥后备用;两片多孔法兰板的作用一方面是固定活性炭空气阴极,另一方面是保持活性炭空气阴极与空气接触;两片中空法兰板的作用是固定碳纤维布阳极。

3.一种从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

第1步、土壤样品的采集与前处理;

第1.1步、采集受试石油烃污染盐碱土壤,土壤样品自然风干后过2mm筛备用;

第1.2步、土壤样品的前处理;

1)将去离子水与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行混合;

2)同样,将浓度为1.16g/L的KCl溶液与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行充分混合;

3)将浓度为1.06g/L的ZnCl2溶液与土壤按照体积质量比以mL∶g计为170∶450进行充分混合;

此处,向步骤2)和3)两种处理土壤中添加KCl或ZnCl2电解质溶液是为了增加受试土壤的电导性,且两种添加的摩尔电荷量相等;

第2步、装置的构成与安装

按照权利要求1的内容构建并安装9个所述从石油烃污染盐碱土中回收电能且同步脱盐的装置;每3个装置为一组,每组装置内放入第1.2步中处理的一种土壤样品:

装入第1.2步1)处理土壤的装置标记为CK,其中开路标记为CKOC,连接外电阻100Ω的装置标记为CK-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为CK-2000;

装入第1.2步2)处理土壤的装置标记为K,其中开路标记为KOC,连接外电阻100Ω的装置标记为K-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为K-2000;

装入第1.2步3)处理土壤的装置标记为Zn,其中开路标记为ZnOC,连接外电阻100Ω的装置标记为Zn-100,连接外电阻2000Ω的装置标记为Zn-2000;

外电阻的连接是为了计算装置的产电效能,连接不同负载的外电阻是为了改变回路中的电流强度,从而考察不同电流强度下该装置的产电和脱盐效能;每个装置由两个腔室组成,两个腔室均由阳极和阴极组成,视为一个处理的两个平行,装置的产电和脱盐效能取两个平行的平均值;

第3步、装置累积电能的产生;

装置安装完成后放入30℃恒温生化培养箱中启动,装置的反应时间为114d;通过电化学工作站和数控电压采集卡每1800s采集一次外电阻两端的电压值,按照公式计算装置的累积产电量;

第4步、装置中土壤的电导率;

土壤的电导率是表征土壤盐分含量的重要指标,准确称取2.00g土壤干样于50mL离心管中,加入10mL去离子水,涡旋震荡5min后,以4000r/min离心15min,移取上清液2mL于10mL离心管中,使用梅特勒多参数测定仪进行测定;将阳极和阴极之间土壤分割,每1cm间隔作为一个土壤样品,测定土壤电导率;

第5步、装置中土壤的水溶性总盐含量;

土壤中水溶性总盐含量是直接反映土壤盐分含量的指标,准确称取2.00g土壤干样于离心管中,加入10mL去离子水,涡旋震荡30min后离心,取上清液6mL于已称重的蒸发皿中,烘箱中蒸干后,于干燥皿中冷却,向已蒸干的蒸发皿中加入少量双氧水,再次蒸发并冷却,重复2-3次,直到蒸发皿中的固体呈白色;最后将带有白色固体的蒸发皿冷却后称重,记录重量,并再次放入烘箱蒸发1h,冷却后记录重量,反复此步骤,直到两次重量相差小于0.001g;取距离阳极0-1、2-3、4-5、6-7、8-9和9-10cm土壤样品测定土壤中水溶性总盐含量。

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