功率放大器在Pb污染城市污泥电动性能研究中的应用

实验名称：功率放大器在污泥电动修复技术电解装置中的应用

实验目的：

一步法去除、回收城市污泥中的Pb，力求实现重金属污染城市污泥无选择的去除，有选择的回收。

实验设备：

电源信号发生器，功率放大器，示波器，电动搅拌器，磁力搅拌器，恒温振荡器、PH控制器、恒温水浴锅离心机、超声波清洗机、分析天平、电热鼓风干燥箱等

实验内容：

本次实验中为输出特定频率、幅值的方波电源，选用函数信号发生器和功率放大器组合构建电源系统,功率放大器放大信号，同时配备高精度示波器保证输出电源的准确性。欲实现铅污染污泥的一步法电动迁移-捕集-释放，在制备了具有铅离子高效识别性能的自掺杂聚苯胺/碳粉/Nafion混合修饰碳毡电极的基础上，本次实验借鉴斯坦福大学崔屹教授课题组所发表刊物中原理5%，组装了适合本实验装置的自组装可替换自掺杂聚苯胺/碳粉Nafion混合修饰碳毡电极，构建了新型的污泥电动修复装置。

实验过程：

（1）实验装置搭建

 

（2）铅硝酸盐污染污泥的制备

      配置1000mg/LPb(NO3)2用作污染剂，按污泥:Pb(NO3)2～2:3的比例，取900 mL污染剂加入600g污泥中，混合后用电动搅拌器以400 r/mind的速度常温下搅拌24h，即得到待处理铅污染污泥。

（3）最佳输出电源频率的确定

      调节装置供电系统，确定电源输出方波幅值为-9V-0V(以阴极为例)，设置EF-1、EF-2、EF-3、EF-4、EF-5、EF-6六组实验，对应改变电源输出方波频率分别为100 Hz、200 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz、600 Hz。观察阴极重金属离子沉积情况。

（4）最佳输出电源幅值的确定

（5）控制电源输出方波频率不变，设置三组平行实验，测定溶液中重金属的总量。

 

实验结果：

 

（1）随设置电压梯度的逐渐加大，pH下降的幅度越来越大，也越快达到最终的电解平衡，但最终pH值相差不大，都在1.9左右。

（2）污泥电解前后重金属含量的变化

     污泥中Pb、Cu和Zn离子最有可能以二价的形式存在，除去电荷数对迁移顺序和速率的影响后，污泥中溶解的各离子浓度便成了竞争的决定因素，而由与初始含量的问题，此时污泥室中的Pb离子的含量远远大于Zn、Cu，这可能是Zn、Cu去除率下降的原因。

（3）阴极回收Pb2+量确定

      Pb的回收率最高，污泥室中的Pb去除后，基本全部转移至阴极表面，这归功于与活性物质与Pb之间优异的电化学响应，而除Pb之外，铜、和锌也部分沉积在电极表面，这是由于污泥中原始Zn、Cu对的含量过高，且活性物质本身对Zn、Cu也表现有吸附性的原因。

（4）电解后的碳毡电极的扫描电镜(SEM）图谱分析

实验结论：验证了一步法电动迁移-捕集-释放城市污泥中重金属污染物的可行性。