1.本发明涉及电动修复重金属污染土壤技术领域，尤其涉及活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置及方法。
背景技术：
2.电动修复是一门涉及电化学、物理化学、土壤化学和分析化学等学科的综合性技术。电动修复的原理是将电极插入重金属污染土壤，在土壤室两侧通以低压直流电形成电场，利用土壤颗粒孔隙以及电极室中的水或者外加电解质溶液作为导电介质，使水溶性污染物和吸附于土壤颗粒表层的污染物，在电场产生的电渗析、电迁移和电泳等电动力学效应下，根据所带不同电荷运动往不同电极方向，而达到电极附近的污染物通过沉淀/共沉淀、电镀或者离子交换萃取等方法被去除的目的。影响电动修复效果的因子有很多，包括电场强度、离子浓度、电极材料、土壤性质、电解液以及污染物种类等。土壤电动修复技术的前景光明，但在电动修复重金属污染土壤过程中，两极电解室发生水电解反应，在阳极产生h+，而在阴极产生oh-。在电场力的作用下，土壤中cd2+往阴极迁移，在迁移过程中与oh-结合形成沉淀物，阻碍了cd2+往阴极迁移，这种现象被称为“聚焦效应”。大量研究显示，“聚焦效应”是影响电动修复效率的第一因素。
技术实现要素：
3.本发明为了解决现有技术的不足，提供活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置及方法，其可有效提高对镉污染土壤的修复效率，减短修复周期。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置，包括实验电源和插入到修复土壤中的活化石墨烯辅助电极，在修复土壤的左右两侧开设电极沟，分别作为阳极沟和阴极沟，电极沟内均设置有石墨板，阳极沟内的石墨板通过导线依次串联有电流表和实验电源的正极，阴极沟内的石墨板通过导线与实验电源的负极连接，实验电源的负极通过导线依次串联有光伏板控制器和光伏板，光伏板通过导线与实验电源的正极连接。
5.优选地，将活化石墨烯和凡士林按1:2的质量比涂抹在两张定量滤纸之间，将定量滤纸装入合适大小的80目网袋，制得活化石墨烯辅助电极。
6.优选地，活化石墨烯辅助电极插在距离阴极沟20cm处的修复土壤中。
7.优选地，本发明提供了一种利用上述方案所述装置电动修复镉污染土壤的方法，其应用方法如下：
8.s1、选取以cd为主要污染物的重金属污染地作为实验地块，去除杂草、翻耕与粉碎表层20cm的土壤后，将地块分为6个实验小区，其中三个作为活化石墨烯辅助电极电动修复实验组，三个作为常规电动修复对照组；
9.s2、在实验地块的左右两侧挖电极沟，将石墨板放置在电极沟中；
10.s3、往电极沟中灌水至刚好淹没地块，此后每天两次对地块补水至原来的体积；
11.s4、将活化石墨烯辅助电极装入网袋中，在每一个实验小区内插入2个活化石墨烯辅助电极，插入的位置距离阴极沟20cm，连通实验电源；
12.s5、将每一个实验小区均分为5个部分，采样测定每个部分的cd浓度，每8天采样一次，共采样3次。
13.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
14.(1)本发明引入活化石墨烯辅助电极结合电动修复，相对比单纯的土壤电动修复，能更好的促进土壤cd向阴极迁移，提高了土壤修复的效率；并且活化石墨烯膜还有控制阴极土壤ph碱化的作用。
15.(2)本发明以太阳能光伏板和蓄电池作为供电系统，能够有效地将太阳能转变为电能，相较传统的供电方式具有绿色环保节能效应。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的装置的连接结构示意图；
17.图2为修复过程中各个实验组的电流变化情况；
18.图3为修复完成后在不同距离处所测的土壤ph值分布；
19.图4为修复前prgo1-prgo3三个实验组土壤的cd赋存形态；
20.图5为修复前ck1-ck3三个对照组土壤的cd赋存形态；
21.图6为修复完成后实验地块各个分组的cd赋存形态；
22.图7位修复前后实验地块中cd减少量中各种形态的贡献率。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
24.说明书附图中的附图标记包括：1-活化石墨烯辅助电极、2-石墨板、3-实验电源、4-电流表、5-光伏板、6-光伏板控制器。
25.实施例：
26.步骤一、选取尺寸为3.5
×
1.5m、以cd为主要污染物的重金属污染地作为实验地块，去除杂草、翻耕与粉碎表层20cm土壤后，将地块用pvc板围出1
×
3m的实验用地，将实验用地用pvc板隔开分成6个实验小区，实验小区的尺寸为1
×
0.5m，其中三个作为活化石墨烯辅助电极电动修复实验组(命名为prgo1-prgo3)，三个作为常规电动修复对照组(命名为ck1-ck3)；
27.步骤二、在实验地块的左右两侧挖出3.5
×
0.25m、深度为0.2cm的电极沟，电极沟中放入石墨板；
28.步骤三、往电极沟内灌水至刚好淹没地块，此后每天两次加水至原来的体积；
29.步骤四、称取5g活化石墨烯，与凡士林按1:2的比例涂抹到两张20
×
30cm的定量滤纸之间，然后将滤纸放入45
×
40cm的80目网袋中，在每个实验小区中插入2个这样的活化石墨烯辅助电极，插入的位置在距离阴极沟20cm处，连通实验电源，实验电源的直流电压为25v、电压密度为0.25v/cm；
30.步骤五、将每个实验小区均分为5个部分，采样测定每个部分的cd浓度，每8天采样一次，共采样3次。
31.在本实施例中，石墨板2购自广东甬耀石墨科技有限公司，尺寸为25
×
20
×
2cm，电阻率为13uωm；实验电源3购自超威集团，型号是6-dzf-12.2；电流表4购自广州市德桂电子科技有限公司，输入阻抗为10mω，刷新速度为3次/秒，读数可精确到小数点后四位；光伏板5购自东莞市星火太阳能科技股份有限公司，型号是sfm-300；光伏板控制器6购自武汉世铭传新能源科技有限公司，型号是cy1230。
32.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
技术特征：
1.活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置，其特征在于：包括实验电源(3)和插入到修复土壤中的活化石墨烯辅助电极(1)，在修复土壤的左右两侧开设电极沟，分别作为阳极沟和阴极沟，电极沟内均设置有石墨板(2)，阳极沟内的石墨板(2)通过导线依次串联有电流表(4)和实验电源(3)的正极，阴极沟内的石墨板(2)通过导线与实验电源(3)的负极连接，实验电源(3)的负极通过导线依次串联有光伏板控制器(6)和光伏板(5)，光伏板(5)通过导线与实验电源(3)的正极连接。2.根据权利要求1所述的活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置，其特征在于：将活化石墨烯和凡士林按1:2的质量比涂抹在两张定量滤纸之间，将定量滤纸装入合适大小的80目网袋，制得所述活化石墨烯辅助电极(1)。3.根据权利要求1所述的活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置，其特征在于：所述活化石墨烯辅助电极(1)插在距离阴极沟20cm处的修复土壤中。4.一种活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的方法，其特征在于，根据权利要求1-3所述的活化石墨烯辅助电极电动修复土壤的装置，其应用方法如下：s1、选取以cd为主要污染物的重金属污染地作为实验地块，去除杂草、翻耕与粉碎表层20cm的土壤后，将地块分为6个实验小区，其中三个作为活化石墨烯辅助电极电动修复实验组，三个作为常规电动修复对照组；s2、在实验地块的左右两侧挖电极沟，将石墨板放置在电极沟中；s3、往电极沟中灌水至刚好淹没地块，此后每天两次对地块补水至原来的体积；s4、将活化石墨烯辅助电极装入网袋中，在每一个实验小区内插入2个活化石墨烯辅助电极，插入的位置距离阴极沟20cm，连通实验电源；s5、将每一个实验小区均分为5个部分，采样测定每个部分的cd浓度，每8天采样一次，共采样3次。
技术总结
本发明公开了活化石墨烯辅助电极电动修复镉污染土壤的装置及方法，包括实验电源和插入到修复土壤中的活化石墨烯辅助电极，在修复土壤的左右两侧开设电极沟，分别作为阳极沟和阴极沟，电极沟内均设置石墨板，阳极沟内的石墨板通过导线依次串联有电流表和实验电源的正极，阴极沟内的石墨板通过导线与实验电源的负极连接，实验电源的负极通过导线依次串联有光伏板控制器和光伏板，光伏板通过导线与实验电源的正极连接。本发明可加快促进土壤中Cd向阴极转移，有效提高电动修复镉污染土壤的效率，减短修复周期。减短修复周期。减短修复周期。
技术研发人员：龙新宪 许佳澄 吴启堂 曾巧云
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/2/11