一种预埋式光催化土壤原位修复方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，更具体地说，涉及一种预埋式光催化土 壤原位修复方法。

背景技术

我国经济发展方式总体粗放，产业结构和布局仍不尽合理，污染物排放 总量较高，土壤作为大部分污染物的最终受体，其环境质量受到显著影响。 由于工业三废的肆意排放，农药化肥的过量使用，致使有机污染物在环境中 广泛分布，并且在土壤环境中富集，最终通过生物富集途径危害人类的健康。 土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、难可逆性等，使得污染土壤很难修 复或修复成本很高。

土壤中的污染物来源广、种类多，一般可分为无机污染物和有机污染物。 有机污染物种类繁多，包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、三氯乙烯等挥发性有 机污染物，以及多环芳烃、多氯联苯、有机农药类等半挥发性有机污染物。 土壤有机污染物可直接破坏土壤的正常功能，并可通过植物的吸收和食物链 的积累，进而危害人类健康。土壤有机污染物也可能对土壤动物的新陈代谢、 遗传特性和对植物的生长发育均有影响，破坏生态环境，从而间接危害人类 健康。

目前，在现有技术中，针有机污染土壤的去除方法是利用活性炭的吸附、 被污染土壤的废弃或加热法等，但大多只是将污染物脱离土壤而已，本质上 没有实现彻底消除有机污染物。即使利用光催化氧化原理，也往往因为被修 复土壤与光催化剂接触不够充分，仍然残留很多污染物，土壤修复的效果不 理想，且一般采用异位修复的方式，耗时耗力成本高昂。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种预埋式光催化 土壤原位修复方法，它可以实现创新性的采用光催化原位修复的方式，对土 壤进行破碎后增加疏松程度，并进行翻土同时伴随着光催化修复纤维棒的预 埋，经过膨胀处理后的光催化修复纤维棒在埋入土壤后逐渐冷却并恢复原来 的尺寸，从而在土壤内形成许多密集分布的孔隙，此时在针对性的插下引光 管，将外界的太阳光导入至土壤内部，并借由土壤中后天形成的孔隙和光催 化修复纤维棒对光进行引导和分散至土壤内各个区域，然后配合喷洒至土壤 内的土壤修复剂，触发光催化修复纤维棒的光催化反应，有效对土壤内的污 染物进行高效分解，同时自主触发局部的翻土动作，扩大光照面积的同时提 高污染物分解的彻底性，大幅提高土壤修复的效果及效率。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种预埋式光催化土壤原位修复方法，包括以下步骤：

S1、对待修复的土壤进行预破碎后，再进行翻土处理，同时均匀预埋下 经过膨胀处理的光催化修复纤维棒；

S2、光催化修复纤维棒在土壤内逐渐收缩，并形成许多孔隙，此时根据 待修复土壤的厚度均匀插下引光管；

S3、在引光管的导光作用下，光催化修复纤维棒触发光催化反应，对土 壤内的污染物进行分解；

S4、定期向土壤中喷洒土壤修复剂并进行土壤检测，直至土壤修复完成；

S5、在土壤修复结束后回收插在土壤内的光催化修复纤维棒和引光管， 并移植合适的树木。

进一步的，所述光催化修复纤维棒包括一对聚光磁分球和连接于一对聚 光磁分球之间的光催化棒，所述光催化棒包括连接于一对聚光磁分球之间的 热膨胀芯和镶嵌连接于热膨胀芯外表面的多根导光棒，聚光磁分球起到引导 光催化修复纤维棒在土壤内进行均匀分布的作用，同时可以将引光管引导至 土壤内的光进行汇聚，光催化棒可以将聚光磁分球汇聚来的光发散至土壤内， 从而充分彻底的进行光催化分解作用。

进一步的，所述热膨胀芯内镶嵌连接有多个均匀分布的海绵球壳，所述 海绵球壳外端包裹有隔热膜，所述隔热膜内中心处设有内翻土球，所述内翻 土球上镶嵌连接有多个均匀分布的导光纤维，且导光纤维贯穿光催化棒并延 伸至外侧，所述海绵球壳上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤 维同样贯穿光催化棒并延伸至外侧，可以利用导光纤维引导来的光照迫使内 翻土球加热触发伸展动作，从而与海绵球壳接触并与其上吸收的水分进行反 应，释放出大量气体，一方面可以迫使导光纤维进行抖动，在土壤内部形成局部的翻土动作，从而提高污染物的分解效果，另一方面可以进一步提高土 壤的孔隙度，间接提高土质和污染物的分解效率。

进一步的，所述热膨胀芯采用热膨胀树脂材料制成，所述导光棒和导光 纤维均采用导光材料制成。

进一步的，所述聚光磁分球包括聚光球罩、内嵌磁块和隔磁膜，所述内 嵌磁块镶嵌连接于聚光球罩远离光催化棒的一端，所述隔磁膜包覆于内嵌磁 块的内端，可以利用聚光球罩对引光管引导至土壤内的光进行汇聚，内嵌磁 块相互靠近时是具有磁性排斥作用的，因此可以避免大量光催化修复纤维棒 堆积在一起反而影响到土壤的修复效果，均匀分布不仅可以合理控制光催化 修复纤维棒的修复成本，同时可以全面彻底的对土壤内的污染物进行高效分 解净化，隔磁膜用来控制内嵌磁块的磁场作用方向，避免出现多余的磁场干 扰。

进一步的，所述内翻土球包括避光球和镶嵌于避光球内部的光热芯，所 述光热芯外端连接有多个均匀分布的热膨胀推杆，所述热膨胀推杆远离光热 芯一端连接有水解块，所述水解块内镶嵌连接有导热丝，且导热丝一端与热 膨胀推杆连接另一端延伸至水解块外表面，利用光热芯的光热转化特性，将 导光纤维引导来的光能转化为热能后，对热膨胀推杆进行加热触发其膨胀动 作，从而推动水解块与海绵球壳接触并与其上的水分进行反应，释放出气体， 而光热芯可以利用海绵球壳上的水分迅速冷却，并对热膨胀推杆进行降温迫 使其复形，避免长时间接触海绵球壳导致水解块消耗过快。

进一步的，所述避光球采用避光材料制成，所述水解块采用泡腾崩解剂 制成，所述光热芯采用光热转化材料制成。

进一步的，所述引光管包括上下依次连接的引光球、导光管和破土锥， 所述导光管上开设有多个均匀分布的透光孔，所述引光球暴露于土壤上方， 所述导光管内壁上涂覆有纳米反射涂层，引光球在土壤上方吸收太阳光，并 通过导光管的内部反射进行传导，在经过破土锥时漏光进入到土壤内各处， 实现太阳能的运输作用。

进一步的，所述土壤修复剂为光催化剂、腐殖酸尿素、纳米二氧化钛粉 末和辅助修复剂的混合物，且质量混合比为1:5-8:1:25-40，光催化剂在光照 的作用下分解净化土壤内的污染物，并借由光催化修复纤维棒的作用提高反 应的充分性和彻底性，腐殖酸尿素是一种胶结剂，能把分散的土粒胶结起来， 形成水稳定性好的团粒结构，改善土壤结构性能，纳米二氧化钛粉末充分的 与被修复土壤接触，留在土壤中的纳米二氧化钛粉末可以有效的捕捉土壤中 剩余的有机污染物和病毒，进一步提高光催化反应的充分性，辅助修复剂能 够与土壤中含有的重金属离子发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不 溶于水。

进一步的，所述辅助修复剂包括以下按重量份计的组分：癸二酸二辛酯 10-18份、1,4-二甲基哌嗪6-12份、水杨苷7-13份、4-(2,6,6-三甲基-2- 环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮2-8份、4-氨基异喹啉0.8-2份和去离子水20-40 份。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现创新性的采用光催化原位修复的方式，对土壤进行 破碎后增加疏松程度，并进行翻土同时伴随着光催化修复纤维棒的预埋，经 过膨胀处理后的光催化修复纤维棒在埋入土壤后逐渐冷却并恢复原来的尺 寸，从而在土壤内形成许多密集分布的孔隙，此时在针对性的插下引光管， 将外界的太阳光导入至土壤内部，并借由土壤中后天形成的孔隙和光催化修 复纤维棒对光进行引导和分散至土壤内各个区域，然后配合喷洒至土壤内的 土壤修复剂，触发光催化修复纤维棒的光催化反应，有效对土壤内的污染物进行高效分解，同时自主触发局部的翻土动作，扩大光照面积的同时提高污 染物分解的彻底性，大幅提高土壤修复的效果及效率。

(2)光催化修复纤维棒包括一对聚光磁分球和连接于一对聚光磁分球之 间的光催化棒，光催化棒包括连接于一对聚光磁分球之间的热膨胀芯和镶嵌 连接于热膨胀芯外表面的多根导光棒，聚光磁分球起到引导光催化修复纤维 棒在土壤内进行均匀分布的作用，同时可以将引光管引导至土壤内的光进行 汇聚，光催化棒可以将聚光磁分球汇聚来的光发散至土壤内，从而充分彻底 的进行光催化分解作用。

(3)热膨胀芯内镶嵌连接有多个均匀分布的海绵球壳，海绵球壳外端包 裹有隔热膜，隔热膜内中心处设有内翻土球，内翻土球上镶嵌连接有多个均 匀分布的导光纤维，且导光纤维贯穿光催化棒并延伸至外侧，海绵球壳上镶 嵌连接有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤维同样贯穿光催化棒并延伸至 外侧，可以利用导光纤维引导来的光照迫使内翻土球加热触发伸展动作，从 而与海绵球壳接触并与其上吸收的水分进行反应，释放出大量气体，一方面 可以迫使导光纤维进行抖动，在土壤内部形成局部的翻土动作，从而提高污染物的分解效果，另一方面可以进一步提高土壤的孔隙度，间接提高土质和 污染物的分解效率。

(4)聚光磁分球包括聚光球罩、内嵌磁块和隔磁膜，内嵌磁块镶嵌连接 于聚光球罩远离光催化棒的一端，隔磁膜包覆于内嵌磁块的内端，可以利用 聚光球罩对引光管引导至土壤内的光进行汇聚，内嵌磁块相互靠近时是具有 磁性排斥作用的，因此可以避免大量光催化修复纤维棒堆积在一起反而影响 到土壤的修复效果，均匀分布不仅可以合理控制光催化修复纤维棒的修复成 本，同时可以全面彻底的对土壤内的污染物进行高效分解净化，隔磁膜用来 控制内嵌磁块的磁场作用方向，避免出现多余的磁场干扰。

(5)内翻土球包括避光球和镶嵌于避光球内部的光热芯，光热芯外端连 接有多个均匀分布的热膨胀推杆，热膨胀推杆远离光热芯一端连接有水解块， 水解块内镶嵌连接有导热丝，且导热丝一端与热膨胀推杆连接另一端延伸至 水解块外表面，利用光热芯的光热转化特性，将导光纤维引导来的光能转化 为热能后，对热膨胀推杆进行加热触发其膨胀动作，从而推动水解块与海绵 球壳接触并与其上的水分进行反应，释放出气体，而光热芯可以利用海绵球 壳上的水分迅速冷却，并对热膨胀推杆进行降温迫使其复形，避免长时间接触海绵球壳导致水解块消耗过快。

(6)引光管包括上下依次连接的引光球、导光管和破土锥，导光管上开 设有多个均匀分布的透光孔，引光球暴露于土壤上方，导光管内壁上涂覆有 纳米反射涂层，引光球在土壤上方吸收太阳光，并通过导光管的内部反射进 行传导，在经过破土锥时漏光进入到土壤内各处，实现太阳能的运输作用。

(7)土壤修复剂为光催化剂、腐殖酸尿素、纳米二氧化钛粉末和辅助修 复剂的混合物，且质量混合比为1:5-8:1:25-40，光催化剂在光照的作用下分 解净化土壤内的污染物，并借由光催化修复纤维棒的作用提高反应的充分性 和彻底性，腐殖酸尿素是一种胶结剂，能把分散的土粒胶结起来，形成水稳 定性好的团粒结构，改善土壤结构性能，纳米二氧化钛粉末充分的与被修复 土壤接触，留在土壤中的纳米二氧化钛粉末可以有效的捕捉土壤中剩余的有 机污染物和病毒，进一步提高光催化反应的充分性，辅助修复剂能够与土壤中含有的重金属离子发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明光催化修复纤维棒的结构示意图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图2中B处的结构示意图；

图5为本发明内翻土球的结构示意图；

图6为本发明引光管的结构示意图。

图中标号说明：

1光催化修复纤维棒、11聚光磁分球、111聚光球罩、112内嵌磁块、113 隔磁膜、12光催化棒、121热膨胀芯、122导光棒、2引光管、21引光球、22 导光管、23破土锥、24透光孔、3海绵球壳、4内翻土球、41避光球、42热 膨胀推杆、43水解块、44导热丝、45光热芯、5导光纤维、6导水纤维、7 隔热膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、 “顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅 是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的 限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连 接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械 连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种预埋式光催化土壤原位修复方法，包括以下步骤：

S1、对待修复的土壤进行预破碎后，再进行翻土处理，同时均匀预埋下 经过膨胀处理的光催化修复纤维棒1；

S2、光催化修复纤维棒1在土壤内逐渐收缩，并形成许多孔隙，此时根 据待修复土壤的厚度均匀插下引光管2；

S3、在引光管2的导光作用下，光催化修复纤维棒1触发光催化反应， 对土壤内的污染物进行分解；

S4、定期向土壤中喷洒土壤修复剂并进行土壤检测，直至土壤修复完成；

S5、在土壤修复结束后回收插在土壤内的光催化修复纤维棒1和引光管2， 并移植合适的树木。

请参阅图2-3，光催化修复纤维棒1包括一对聚光磁分球11和连接于一 对聚光磁分球11之间的光催化棒12，光催化棒12包括连接于一对聚光磁分 球11之间的热膨胀芯121和镶嵌连接于热膨胀芯121外表面的多根导光棒 122，聚光磁分球11起到引导光催化修复纤维棒1在土壤内进行均匀分布的 作用，同时可以将引光管2引导至土壤内的光进行汇聚，光催化棒12可以将 聚光磁分球11汇聚来的光发散至土壤内，从而充分彻底的进行光催化分解作 用。

热膨胀芯121内镶嵌连接有多个均匀分布的海绵球壳3，海绵球壳3外端 包裹有隔热膜7，隔热膜7内中心处设有内翻土球4，内翻土球4上镶嵌连接 有多个均匀分布的导光纤维5，且导光纤维5贯穿光催化棒12并延伸至外侧， 海绵球壳3上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维6，且导水纤维6同样贯穿 光催化棒12并延伸至外侧，可以利用导光纤维5引导来的光照迫使内翻土球 4加热触发伸展动作，从而与海绵球壳3接触并与其上吸收的水分进行反应， 释放出大量气体，一方面可以迫使导光纤维5进行抖动，在土壤内部形成局 部的翻土动作，从而提高污染物的分解效果，另一方面可以进一步提高土壤 的孔隙度，间接提高土质和污染物的分解效率。

热膨胀芯121采用热膨胀树脂材料制成，导光棒122和导光纤维5均采 用导光材料制成。

请参阅图4，聚光磁分球11包括聚光球罩111、内嵌磁块112和隔磁膜 113，内嵌磁块112镶嵌连接于聚光球罩111远离光催化棒12的一端，隔磁 膜113包覆于内嵌磁块112的内端，可以利用聚光球罩111对引光管2引导 至土壤内的光进行汇聚，内嵌磁块112相互靠近时是具有磁性排斥作用的， 因此可以避免大量光催化修复纤维棒1堆积在一起反而影响到土壤的修复效 果，均匀分布不仅可以合理控制光催化修复纤维棒1的修复成本，同时可以 全面彻底的对土壤内的污染物进行高效分解净化，隔磁膜113用来控制内嵌 磁块112的磁场作用方向，避免出现多余的磁场干扰。

请参阅图5，内翻土球4包括避光球41和镶嵌于避光球41内部的光热芯 45，光热芯45外端连接有多个均匀分布的热膨胀推杆42，热膨胀推杆42远 离光热芯45一端连接有水解块43，水解块43内镶嵌连接有导热丝44，且导 热丝44一端与热膨胀推杆42连接另一端延伸至水解块43外表面，利用光热 芯45的光热转化特性，将导光纤维5引导来的光能转化为热能后，对热膨胀 推杆42进行加热触发其膨胀动作，从而推动水解块43与海绵球壳3接触并 与其上的水分进行反应，释放出气体，而光热芯45可以利用海绵球壳3上的 水分迅速冷却，并对热膨胀推杆42进行降温迫使其复形，避免长时间接触海 绵球壳3导致水解块43消耗过快。

避光球41采用避光材料制成，水解块43采用泡腾崩解剂制成，光热芯 45采用光热转化材料制成。

请参阅图6，引光管2包括上下依次连接的引光球21、导光管22和破土 锥23，导光管22上开设有多个均匀分布的透光孔24，引光球21暴露于土壤 上方，导光管22内壁上涂覆有纳米反射涂层，引光球21在土壤上方吸收太 阳光，并通过导光管22的内部反射进行传导，在经过破土锥23时漏光进入 到土壤内各处，实现太阳能的运输作用。

土壤修复剂为光催化剂、腐殖酸尿素、纳米二氧化钛粉末和辅助修复剂 的混合物，且质量混合比为1:5-8:1:25-40，光催化剂在光照的作用下分解净 化土壤内的污染物，并借由光催化修复纤维棒1的作用提高反应的充分性和 彻底性，腐殖酸尿素是一种胶结剂，能把分散的土粒胶结起来，形成水稳定 性好的团粒结构，改善土壤结构性能，纳米二氧化钛粉末充分的与被修复土 壤接触，留在土壤中的纳米二氧化钛粉末可以有效的捕捉土壤中剩余的有机 污染物和病毒，进一步提高光催化反应的充分性，辅助修复剂能够与土壤中 含有的重金属离子发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水。

辅助修复剂包括以下按重量份计的组分：癸二酸二辛酯10-18份、1,4- 二甲基哌嗪6-12份、水杨苷7-13份、4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3- 丁烯-2-酮2-8份、4-氨基异喹啉0.8-2份和去离子水20-40份。

本发明可以实现创新性的采用光催化原位修复的方式，对土壤进行破碎 后增加疏松程度，并进行翻土同时伴随着光催化修复纤维棒1的预埋，经过 膨胀处理后的光催化修复纤维棒1在埋入土壤后逐渐冷却并恢复原来的尺寸， 从而在土壤内形成许多密集分布的孔隙，此时在针对性的插下引光管2，将外 界的太阳光导入至土壤内部，并借由土壤中后天形成的孔隙和光催化修复纤 维棒1对光进行引导和分散至土壤内各个区域，然后配合喷洒至土壤内的土 壤修复剂，触发光催化修复纤维棒1的光催化反应，有效对土壤内的污染物 进行高效分解，同时自主触发局部的翻土动作，扩大光照面积的同时提高污 染物分解的彻底性，大幅提高土壤修复的效果及效率。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限 于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保 护范围内。