[发明专利]一种修复铅污染土壤的生物电化学方法

权利要求书

1.一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按层加入铅污染土壤，相邻两层铅污染土壤之间加入混合土壤，得到预处理的铅污染土壤层，所述混合土壤含有铅污染土壤、氧化镁、蒙脱土及磷酸二氢钙；

步骤2：在预处理的铅污染土壤层中插入若干个生物驯化的碳刷，将若干个生物驯化的碳刷并联作为阳极，将石墨毡-活性炭作为阴极放置在铅污染土壤层上，将阳极和阴极使用恒定电阻形成闭合回路；

步骤3：每天向步骤2中所述的铅污染土壤层中加入营养液，达到水饱和状态，待电压监测器的电压稳定到280~330mV，得到培养成功的铅污染土壤层体系；

步骤4：向步骤3中所述的培养成功的铅污染土壤层体系中每天加入营养液，运行78~80天，铅污染土壤修复完成。

2.根据权利要求1所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，步骤1中所述氧化镁、蒙脱土及磷酸二氢钙的质量之和占总混合土壤层质量的20%~30%，其中，所述氧化镁：蒙脱土：磷酸二氢钙的质量比为2:1:1~2:5:2。

3.根据权利要求1所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，步骤2中所述的生物驯化的碳刷的制备方法，包括如下步骤：

S1:微生物燃料电池碳刷预处理

将碳刷在丙酮中浸泡1.5~2小时，取出，用纯水冲洗；用浓度为0.1~1mol/L的硫酸浸泡1~2小时，取出，用纯水冲洗；再用浓度为0.1~1mol/L的氢氧化钠浸泡1~2小时，取出，用纯水冲洗后备用；

S2：碳刷生物驯化

将S1中预处理的碳刷分别放入阳极室和阴极室，其中阳极室内填满活性污泥，阴极室内填满阴极液；间隔5~6天更换活性污泥一次，间隔2~3天更换阴极液一次，待电压稳定到270~330mV，得到生物驯化的碳刷。

4.根据权利要求3所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，S2中所述的阴极液包括磷酸二氢钾和铁氰化钾，磷酸二氢钾与铁氰化钾的比例为1:1~3:1；所述磷酸二氢钾的浓度为0.1~0.15mol/L；所述铁氰化钾的浓度为0.1~0.15mol/L；所述生物驯化的碳刷为阳极室的碳刷。

5.根据权利要求1所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，步骤2中所述的石墨毡-活性炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤a：集电体预处理

将石墨毡在质量百分浓度为5%~6%的聚四氟乙烯中浸泡10~15min，在370~380℃的温度下加热30~40min，得到石墨毡集电体；

步骤b：制备催化层

将F900超级碳黑和超级电容器活性炭混合，依次加入异丙醇、质量百分浓度为8%~10%的聚四氟乙烯，搅拌，将混合浆料铺于石墨毡一侧，在370~380℃的温度下加热30~40min，得到催化层；

其中，所述F900超级碳黑：超级电容器活性炭：8%~10%聚四氟乙烯：异丙醇=240mg：10mg：1mL：1.1mL；

步骤c：制备扩散层

在石墨毡集电体另一侧涂抹质量百分浓度为50%~60%聚四氟乙烯，在370~380℃的温度下加热30~40min，得到扩散层。

6.根据权利要求5所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，步骤b中的所述催化层中的超级电容器活性炭的负载量为12mg/cm²~28mg/cm²；步骤c中的所述扩散层中聚四氟乙烯的负载量为60mg/cm²~140mg/cm²。

7.根据权利要求1所述的一种修复铅污染土壤的生物电化学方法，其特征在于，步骤3中所述的营养液包括：NH₄Cl为310~320mg/L、KCl为130~140mg/L、NaH₂PO₄为4970~4980mg/L、Na₂HPO₄为2750~2760mg/L、(NH₄)₂SO₄为560~570mg/L、MgSO₄.7H₂O为200~210mg/L、CaCl₂为15~16mg/L、MnSO₄.H₂O为28~29mg/L、FeCl₃.6H₂O为1~1.5mg/L、CoCl₂.6H₂O为0.24~0.25mg/L、Na₂MO₄.2H₂O为0.04~0.05mg/L。