用于土壤修复的高温电热过程（HET）的概念。HET工艺与真空萃取井相结合的示意图。真空管道和绝缘毯仍然是已知的热修复方法的标准配置，但在HET的情况下，电极为电加热提供快速电压脉冲，而不是长时间的热注入。土壤预先混合到位，用生物炭或其他导电碳提供足够的导电性。b图示意图显示通过还原和汽化去除重金属，以及通过多环芳烃石墨化去除持久性有机污染物。cV电输入下的电流曲线，持续1秒。d土壤样品在V电输入下持续1秒时的实时温度曲线。eHET与其他热修复过程的比较，包括热传导加热（TCH）、电阻加热（ERH）和蒸汽增强萃取（SEE）。虽然在较低的温度下操作，但后一种方法需要较长的处理时间。学分：自然通讯（）。DOI：10./s---z
过滤系统旨在同时从水或空气中捕获多种有害物质，但土壤中的污染物只能单独或一次处理几种-至少目前是这样。
莱斯大学的科学家和美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）的合作者开发的方法可以帮助将土壤修复过程从零碎转变为批发。
由化学家詹姆斯·图尔（JamesTour）和ERDC岩土结构和环境工程分支的研究人员领导的一组莱斯科学家表明，将受污染的土壤与推动电流的无毒，富含碳的化合物（如生物炭）混合，然后用短时间的电流脉冲将混合物冲走有机污染物和重金属，而无需使用水或产生废物。
根据发表在NatureCommunications上的一项研究，电脉冲在几秒钟内根据需要将土壤温度提高到0-摄氏度（1,-5,华氏度），将有机污染物转化为无毒石墨矿物，将有毒重金属转化为通过提取管收集的蒸汽。此外，该过程有利于土壤肥力，实验表明修复土壤的发芽率提高了20-30%。
“我们的高温电热过程可以同时去除多种污染物，”主要作者，Tour实验室的博士后研究助理BingDeng说。“这种新建立的方法，我们称之为高温电热过程（HET），是基于我们几年前开发的闪焦耳加热技术。这是第一次将直接电加热用于土壤修复。
铅、砷、锌、钴、铜、汞和镍等重金属以及杀虫剂和微塑料等有机污染物是土壤中的主要污染物。除了人为活动外，地震和洪水等自然事件也会造成土壤污染：野火释放的有毒灰烬，如八月份摧毁夏威夷的野火，或者北极永久冻土融化释放的任何潜在工业废物都可能污染大面积的土壤，需要大规模的净化协议。
然而，目前从土壤中去除污染物的方法既耗时又昂贵且在后勤方面具有挑战性。一些净化技术，如表面活性剂浸出，也会产生二次废物流，并消耗大量的水和/或电力。邓说，找到更好的土壤净化方法对于提高备灾能力至关重要，使其成为国家安全的优先事项。
“这种方法非常快，在解决紧急情况方面非常有用，”邓补充说。
“土壤修复技术通常一次只针对一种或两种重金属，而且它们通常不是很成功，或者功能比电热加热慢得多，”ERDC研究化学家MineUcak-Astarlioglu说。“这种方法非常快速，无水，可以处理土壤中的多种污染物。闪焦耳加热是一种非常有前途的技术，可以从废物中回收关键金属并进行修复。
ERDC高级研究物理科学家克里斯·格里格斯（ChrisGriggs）表示，目前，受污染的土壤可以被挖出并从人口稠密的地方拖走-他称之为“后勤噩梦”-或者可以在现场处理以防止有毒元素迁移到周围的空气，水或食物供应中。
“某些污染物可能没问题-它们不会移动。其他的可能会迁移到地下水和饮用水源。有些最终可能会污染作物，在那里你可能会通过植物的根部等吸收有毒重金属，“格里格斯说。“能够再生土壤并将其放回原处，这是与现有技术相比的巨大优势。
快速高温处理的一个令人惊讶的效果是它使土壤粒度和整体矿物成分相对不变。事实上，这个过程提高了水的渗透率，增加了可用养分的池，使土壤更加肥沃。
“令我们惊讶的是，我们在这个过程中没有破坏土壤，”Rice的T.T.和W.F.Chao化学教授，材料科学和纳米工程教授Tour说。“植物实际上更喜欢它，因为在热循环中释放出的矿物质。
帮助表征土壤特性的莱斯博士后研究员和主要合著者YiCheng表示，该过程在潮湿的土壤上同样有效。
“我们的工艺既经济又环保，”程补充说。
该研究包括生命周期分析，表明该过程是可扩展的，并有望比传统的土壤修复实践（如土壤洗涤或热解吸）更节能和更具成本效益。
“我们为非现场部署和现场部署开发了两种实施模式，我们期待将这一过程带入下一阶段-现场测试，”邓说。
Rice和ERDC之间的合作可以帮助技术从概念验证阶段过渡到现实世界的实践。
“当涉及到技术经济学和过程的可扩展性时，我们可以举得比大学更重一点，更大一点，但研究的发现方面是大学擅长的地方，”格里格斯说。“这是一次很好的合作。”
“这是一种技术伙伴关系，一种教育伙伴关系，它还提供了就业机会，”Ucak-Astarlioglu说。“对于所有参与其中的大学合作伙伴来说，这是一个双赢的局面。
更多信息：邓冰等人，土壤中多种污染物的高温电热修复，自然通讯（）。DOI：10./s---z
