一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物處理與資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界蠶業(yè)的發(fā)源地和主產(chǎn)國，養(yǎng)蠶業(yè)有著悠久的歷史。蠶沙(即蠶糞)為蠶幼蟲的排泄物，深綠色，呈顆粒狀，直徑約5毫米。由于蠶沙中含有許多病原菌和重金屬，不能直接利用，有的蠶農(nóng)甚至隨處堆放任雨水沖刷，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。為了讓蠶沙變廢為寶，變害為利，提高蠶桑生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，必須提高蠶沙重金屬去除技術(shù)，開拓蠶沙綜合利用的途徑。
[0003]電化學(xué)方法是一種操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果較好，不會造成二次污染的重金屬處置方法，在工業(yè)廢水的處理中已有應(yīng)用，但是目前在處理蠶沙中重金屬方面還沒有實例。電動修復(fù)技術(shù)的工作原理是，通過在污染介質(zhì)中插入電極，施加直流電形成電場，利用電場產(chǎn)生的各種電動力學(xué)效應(yīng)，使帶電污染物往反向電極迀移、聚集，再將溶液收集處理從而將污染物去除或降低。利用電化學(xué)去除蠶沙中重金屬，需要解決以下問題:1)在電解過程中，介質(zhì)PH不斷變化，不利于重金屬富集；2)在電化學(xué)過程中，施加不同提取劑，重金屬去除率不同；3)電解過程中，重金屬陽離子迀移速度不同，富集在陰極時間不同，某些重金屬可能達(dá)不到處理效果；4)在不同電壓梯度下，重金屬去除率不同，所以要探求最佳電壓梯度。目前，處理蠶沙中重金屬的研宄尚未見報道，只是一些提取蠶沙中有用物質(zhì)，例如果膠、葉綠素、葉蛋白、植物醇等，提高蠶沙的綜合利用價值，如可作飼料、肥料等。因此探索最佳反應(yīng)條件是電化學(xué)去除蠶沙中重金屬的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
[0007]取含重金屬鎘的蠶沙，分別采用0.lmol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑，提取10h-12h，室溫下進(jìn)行，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-6后，置于以石墨為電極的電化學(xué)裝置，控制極板間距為14cm，距陽極1cm處設(shè)置一層陽離子交換膜，控制電壓梯度為0.5V/cm-l.5V/cm電化學(xué)處理10h-12h。
[0008]一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)處理裝置，其特征在于，包括若干個電解槽和石墨電極，所述電解槽是由若干塊有機(jī)玻璃依次連接而成的中空長方體結(jié)構(gòu)，每個電解槽長18cm，寬4.5cm，電解槽上面覆蓋一層有孔的有機(jī)玻璃板，將石墨棒插入孔中固定在兩極，連接導(dǎo)線，通電調(diào)節(jié)電壓，石墨電極和電解槽極板的間距設(shè)置為14cm，距陽極1cm處設(shè)置一層陽離子交換膜。
[0009]進(jìn)一步的，蠶沙質(zhì)量:提取劑的質(zhì)量體積比為1:10g/mL。
[0010]進(jìn)一步的，控制電壓梯度為0.5V/cm時，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到82.8%
[0011]進(jìn)一步的，控制電壓梯度為1.0V/cm時，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到81.6%。
[0012]進(jìn)一步的，控制電壓梯度為1.5V/cm，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到81.1%。
[0013]進(jìn)一步的，所述修復(fù)劑中的檸檬酸可替換為在同等摩爾濃度條件下檸檬酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物。
[0014]進(jìn)一步的，所述修復(fù)劑中的醋酸可替換為在同等摩爾濃度條件下醋酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物。
[0015]進(jìn)一步的，處理后的蠶沙可作藥用或肥料。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1、本發(fā)明對蠶沙中重金屬Cd的去除率能達(dá)到63.4%以上，且不產(chǎn)生任何有害因素，處理后的蠶沙符合綠色中藥標(biāo)準(zhǔn)(WM/T2-2004)，處理后的蠶沙可作藥用或肥料。
[0018]2、采用本發(fā)明的陽離子交換膜均勻，電極電壓穩(wěn)定，性能可靠，Cd2+通過陽離子交換膜到達(dá)陰極后不會因pH改變而返回到陽極，重金屬去除能得到理想的處理效果。
[0019]3、采用本發(fā)明耗電低，適用pH范圍較寬，電解時間短，節(jié)省時間，處理速度快。
[0020]4、采用本發(fā)明所添加的提取劑EDTA、檸檬酸和醋酸，顯著提高了蠶沙中重金屬的去除效果；檸檬酸可替換為在同等摩爾濃度條件下檸檬酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物，對四種重金屬的去除率從75%提高到80% ;修復(fù)劑中的醋酸可替換為在同等摩爾濃度條件下醋酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物，對四種重金屬的去除率從65%提高到73%。
[0021]5、采用本發(fā)明重金屬Cd富集在陰極處，易處理，不產(chǎn)生二次污染。
[0022]6、本發(fā)明采用特制的電化學(xué)處理裝置，由于極板的間距設(shè)置為14cm，相對現(xiàn)有技術(shù)，其設(shè)置值較小，大大降低了現(xiàn)有技術(shù)中的電解時間，從原來的幾天縮減到一天，節(jié)省了電解時間，提高了電解效率。同時，Cd2+通過陽離子交換膜后到達(dá)陰極生成沉淀，不會因pH變化而再次通過陽離子交換膜返回陽極，提高了重金屬鎘的去除效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1不同處理下蠶沙中重金屬Cd的去除效果；
[0024]圖2為實施例2不同處理下蠶沙中重金屬Cd的去除效果；
[0025]圖3為實施例3不同處理下蠶沙中重金屬Cd的去除效果。
【具體實施方式】
[0026]一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)處理裝置，其特征在于，包括若干個電解槽和石墨電極，所述電解槽是由若干塊有機(jī)玻璃依次連接而成的中空長方體結(jié)構(gòu)，電解槽設(shè)置有6個，每個電解槽長18cm，寬4.5cm，電解槽上面覆蓋一層有孔的有機(jī)玻璃板，將石墨棒插入孔中固定在兩極，連接導(dǎo)線，通電調(diào)節(jié)電壓，石墨電極和電解槽極板的間距設(shè)置為14cm，距陽極1cm處設(shè)置一層陽離子交換膜。
[0027]實施例1
[0028]某地蠶沙含Cd濃度為0.67mg/kg，分別采用0.lmol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2后，進(jìn)入以石墨為電極的電化學(xué)裝置，極板間距為14cm，經(jīng)1h電化學(xué)處理后，電壓梯度為0.5V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為82.0，77.2和72.6 電壓梯度為1.0V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為81.6，79.2和79.9% ;電壓梯度為1.5V/cm，蠶沙中Cd的去除率分別為81.1,75.3和77.20Z0o蠶沙中剩余Cd的濃度均低于0.3mg/kg的限值，符合藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(綠色中藥標(biāo)準(zhǔn)WM/T2-2004)。
[0029]實施例2
[0030]某地蠶沙含Cd濃度為1.67mg/kg，分別采用0.lmol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑用鹽酸調(diào)節(jié)PH值至4后，進(jìn)入以石墨為電極的電化學(xué)裝置，電壓梯度為0.5?1.5V/cm，極板間距為14cm，經(jīng)1h電化學(xué)處理后，電壓梯度為0.5V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為88.1，86.7和81.1% ;電壓梯度為1.0V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為88.8，81.0和81.1% ;電壓梯度為1.5V/cm，蠶沙中Cd的去除率分別為89.3，81.5和80.4%。蠶沙中剩余Cd的濃度均低于0.3mg/kg的限值，符合藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(綠色中藥標(biāo)準(zhǔn)WM/T2-2004)。
[0031]實施例3
[0032]某地蠶沙含Cd濃度為0.67mg/kg，分別采用0.lmol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑，用鹽酸調(diào)節(jié)PH值至6后，進(jìn)入以石墨為電極的電化學(xué)裝置，極板間距為14cm，經(jīng)1h電化學(xué)處理后，電壓梯度為0.5V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為79.6，73.2和71.9% ;電壓梯度為1.0V/cm時，蠶沙中Cd的去除率分別為79.6，76.6和70.7% ;電壓梯度為1.5V/cm，蠶沙中Cd的去除率分別為74.5，69.0和63.4%。蠶沙中剩余Cd的濃度均低于0.3mg/kg的限值，符合藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(綠色中藥標(biāo)準(zhǔn)WM/T2-2004)。
[0033]以上所述并非是對本發(fā)明的限制，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)范圍的前提下，還可以做出若干變化、改型、添加或替換，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 取含重金屬鎘的蠶沙，分別采用0.lmol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑，提取10h-12h，室溫下進(jìn)行，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-6后，置于以石墨為電極的電化學(xué)裝置，控制極板間距為14cm，距陽極1cm處設(shè)置一層陽離子交換膜，控制電壓梯度為0.5V/cm-l.5V/cm電化學(xué)處理10h-12h。2.—種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)處理裝置，其特征在于，包括若干個電解槽和石墨電極，所述電解槽是由若干塊有機(jī)玻璃依次連接而成的中空長方體結(jié)構(gòu)，每個電解槽長18cm，寬4.5cm，電解槽上面覆蓋一層有孔的有機(jī)玻璃板，將石墨棒插入孔中固定在兩極，連接導(dǎo)線，通電調(diào)節(jié)電壓，石墨電極和電解槽極板的間距設(shè)置為14cm，距陽極1cm處設(shè)置一層陽離子交換膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，蠶沙質(zhì)量:提取劑的質(zhì)量體積比為l:10g/mL。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，控制電壓梯度為0.5V/cm時，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到82.8%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，控制電壓梯度為1.0V/cm時，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到81.6%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，控制電壓梯度為1.5V/cm，蠶沙中Cd的去除率能達(dá)到81.1%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，所述修復(fù)劑中的檸檬酸可替換為在同等摩爾濃度條件下檸檬酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，所述修復(fù)劑中的醋酸可替換為在同等摩爾濃度條件下醋酸和EDTA按照體積比為1:1組成的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，處理后的蠶沙可作藥用或肥料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于去除蠶沙中重金屬鎘的電化學(xué)方法，其特征在于，具體包括如下步驟：取含重金屬鎘的蠶沙，分別采用0.1mol/L EDTA、檸檬酸和醋酸作為提取劑，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2-6后，置于以石墨為電極的電化學(xué)裝置，控制極板間距為14cm，距陽極10cm處設(shè)置一層陽離子交換膜，控制電壓梯度為0.5V/cm-1.5V/cm電化學(xué)處理10h。采用本發(fā)明耗電低，適用pH范圍較寬，電解時間短，節(jié)省時間，陽離子交換膜均勻，電極電壓穩(wěn)定，性能可靠，對蠶沙中重金屬Cd的去除率能達(dá)到63.4％以上，采用本發(fā)明重金屬Cd富集在陰極處，易處理，不產(chǎn)生二次污染，且不產(chǎn)生任何有害因素，處理后的蠶沙可作藥用或肥料。
【IPC分類】B09B3/00
【公開號】CN104959368
【申請?zhí)枴緾N201510460050
【發(fā)明人】王凱榮, 宋寧寧, 何潑, 劉君, 顏新培, 龔昕
【申請人】青島農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月31日