一种原位穿透式电流热效应处置重金属污染修复植物的方法

1.本发明属于重金属修复植物的无害化技术领域，具体涉及一种原位穿透式电流热效应处置重金属污染修复植物的方法。


背景技术：

2.植物修复技术因其成本低、易操作、环境友好，在重金属污染修复领域具有广阔的前景。然而使用植物修复技术将产生大量废弃修复植物，如何安全处置废弃修复植物成为新的问题。目前重金属污染修复植物的处置技术主要为热化学技术，例如焚烧法、热解法和水热液化法等。焚烧法可有效实现重金属修复植物的减量化及重金属的脱除，但焚烧过程中所挥发的重金属难以收集，并且该过程会产生大量有毒有害气体，增大环境负担。热解法可避免有害气体及重金属直接排入大气，但该技术对重金属的脱除率较低。虽然热解所得的含有重金属的生物炭可作为催化剂使用，但这对原料所含重金属种类及含量有一定要求，实际工程应用的范围有限。水热液化法可将重金属转移到生物油中，但后续还需通过吸附、萃取或化学沉淀等手段来实现重金属与生物油的分离，运行成本较高。
3.因此，为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于开发一种原位穿透式电流热效应处置重金属污染修复植物的方法，利用生物质自身的电阻实现发热，一分钟内就可实现重金属的脱除，极大地提高了重金属的脱除效率，并且挥发的重金属和气体产物能被收集，避免了二次污染的产生。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于开发一种原位穿透式电流热效应处置重金属污染修复植物的方法，本发明利用生物质自身的电阻实现发热，一分钟内就可实现重金属的脱除，重金属的脱除率显著提升，并且挥发的重金属和气体产物能被收集，避免了二次污染的产生。
5.本发明提出的一种原位穿透式电流热效应处置重金属污染修复植物的方法，具体步骤如下：对反应物生物质施加50~380v的交流电压，利用反应物自身的电阻引发电流热效应使其瞬间升温，高温下生物质迅速炭化的同时，生物质内的重金属发生挥发，控制反应时间为1~60s，反应结束后，取出固相产物；或者：为了进一步促进重金属的脱除，将反应物生物质与晶相诱导剂按比例混合，得到混合物，对混合物施加50~380v的交流电压，利用反应物自身的电阻引发电流热效应使其瞬间升温，高温下生物质迅速炭化的同时，生物质内的重金属发生挥发，控制反应时间为1~60s，反应结束后，取出固相产物。
6.本发明中，所述生物质为重金属污染修复植物。
7.本发明中，所述重金属污染修复植物具体为伴矿景天（含zn、cd）、东南景天（含as、zn），蜈蚣草（含zn、pb）、芥菜（含cr、cu、pb、ni）、旱柳（含cr、pb、as）或其它重金属污染修复
植物中任一种。
8.本发明中，所述生物质通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接。
9.本发明中，所述晶相诱导剂为卤盐，含卤有机物或它们的混合物中任一种，所述卤盐为kcl、nacl、nabr、naf或nai中任一种，含卤有机物为pvc或ptfe中任一种。
10.本发明中，反应物生物质与晶相诱导剂按比例混合中，控制晶相诱导剂的质量分数为1~50%。
11.本发明的原理是：首先，对生物质施加交流电压，在50~380v交流电压的持续作用下，利用生物质自身的电阻引发电流热效应使其瞬间升温，高温下生物质迅速炭化的同时重金属发生挥发。其次，金属卤化物相比金属单质及金属氧化物更易于挥发，在反应物中加入晶相诱导剂可促进反应过程中重金属以卤化物的形式脱除，进一步提高了重金属的脱除率。
12.本发明的有益效果在于：本发明的原位穿透式电流热效应处置重金属修复植物的方法，利用生物质自身的电阻实现发热，一分钟内就可以实现重金属的脱除。本发明的重金属修复植物处置方法相对于传统热解法，对重金属的脱除率可达50%以上，加入晶相诱导剂后对重金属的脱除率可提升至80%以上。本发明的重金属修复植物处置方法操作步骤简单，成本低，并且能对挥发金属及气体产物进行回收，所得固体产物中重金属形态稳定，避免了二次污染。
附图说明
13.图1：本发明实施例1~3、对比例1的 zn脱除率图。
14.图2：本发明实施例1~3、对比例1的固体产物中zn的浸出浓度图。
15.图3：本发明实施例2、实施例4、实施例5的zn脱除率图。
具体实施方式
16.为了进一步理解本发明，下面结合实施例和对比例对本发明优选实施方案进行详细说明，但是这些说明只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。此外，按照本领域技术人员熟知的热解法处置重金属污染修复植物用于对比。
17.实施例1将重金属污染修复植物东南景天干燥粉碎后，通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接，调节输出交流电压80v，反应时间为40s；打开启动开关，40s后取出固体产物（fc80），称取固体产物质量。将固体产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为47.7%。此外，对固体产物进行tclp浸出实验，得到zn的浸出浓度为6.5mg/l。
18.实施例2将重金属污染修复植物伴矿景天干燥粉碎后，通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接，调节输出交流电压140v，反应时间为20s；打开启动开关，20s后取出固体产物（fc140），称取固体产物质量。将固体产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为55.5%。此外，对固体产物进行tclp浸出实验，得
到zn的浸出浓度为14.4mg/l。
19.实施例3将重金属污染修复植物东南景天干燥粉碎后，通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接，调节输出交流电压200v，反应时间为10s；打开启动开关，10s后取出固体产物（fc200），称取固体产物质量。将产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为62.1%。此外，对固体产物进行tclp浸出实验，得到zn的浸出浓度为0.5mg/l。
20.实施例4将重金属污染修复植物伴矿景天粉末与kcl加入无水乙醇中，超声混合60min后，置于烘箱80℃烘干。将烘干后的混合物通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接，调节输出交流电压140v，反应时间为20s；打开启动开关，20s后取出固体产物，称取固体产物质量。将固体产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为49.1%。
21.本实施例中，kcl的质量分数为10%。
22.实施例5将重金属污染修复植物伴矿景天粉末与kcl加入无水乙醇中，超声混合60min后，置于烘箱80℃烘干。将烘干后的混合物通过电极挤压使其阻值调控至合适范围，电极与交流电源连接，调节输出交流电压140v，反应时间为20s；打开启动开关，20s后取出固体产物，称取固体产物质量。将固体产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为82.1%。
23.本实施例中，kcl的质量分数为20%。
24.对比例1将重金属污染修复植物东南景天干燥粉碎后，将其放入瓷舟内，置于管式炉中，在流速为0.1 l/min的n2气氛下以10℃/min的升温速率升至600℃，并维持1.5小时。待炭化产物（pc）冷却至室温后，取出称取所得产物质量，将产物消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定zn的浓度，得到zn的脱除效率为9.7%。