铁碳复合电极材料的成分原理与应用

铁碳复合电极材料的成分、原理与应用

陈老师

（浙大国家大学科技园哲博检测，杭州哲博化工科技有限公司，杭州西溪310023，

Email：zhebocs@）

铁炭微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺。其关键技术点在于铁碳材料的成分和结构。通过对铁碳不同成分含量分析和结构测定，可以发现常见的铁碳材料为铁及金属催化剂与炭包容在一起形成架构式铁炭结构。此种材料的特点是：①此结构铁与炭永远是一体，不会像铁炭组配组合容易出现铁与炭分离；②铁炭一体可降低原电池反应的电阻，从而提高电子的传递效率；③铁炭一体可以避免钝化的产生，虽有裸漏的铁产生钝化，但因颗粒之间的磨损大可减少钝化层，而架构内的铁炭却不受钝化影响。铁碳微电极结构如下图所示：

一、铁碳微电极原理

当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

阳极(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,

阴极(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,

从反应中看出，产生的了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性, 能改变废水中许多有机物的结构和特性, 使有机物发生断链、开环等作用。若有曝气，即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应：

O2+ 4H+ +4e→2H2O；

O2+ 2H2O+ 4e→4OH－；

2Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ Fe3+。

反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂, 可以有效地吸附、凝聚水中的污染物, 从而增强对废水的净化效果。

二、铁碳微电极在污水处理中的应用

1．pH值对处理效果的影响

pH值对铁碳处理有很大影响，进水的pH值越低，CODCr 去除率越高。结论是进水pH值一般为2到4之间。原因低pH能提高氧的电极电位, 加大微电解的电位差, 促进电极反应。但pH过低会导致铁的消耗量大, 产生的铁泥也多，增加了处理费用。

问题：如果我们处理的工业废水不是酸性水怎么办？为碱性水或者偏碱性。是不是需要对进水进行酸化。其后出水还需要加碱（如果出水pH不高的话），运行费用合算不合算。这是设计的时候需要考虑的问题。

2、HRT对处理效果的影响

结论是停留时间从30min到120min，CODCr 去除率逐步升高，其后再延长停留时间对出水效果影响不大。明水的铁碳池体积为50个立方，进水流量目前为4t/h，停留时间为12.5小时，所以在HRT方面可以达到最优化效果。

3. 铁碳比: 铁碳按1∶1 的体积比或者质量比为2：1装入反应器。

问题：怎么防止铁屑结块和表面钝化？

有人采用铁屑高频结孔技术，或者加入适当的辅料，如X50聚乙烯多面空心球。还有的说在铁屑中外加碳粒, 这样既可加剧电化学反应, 提高处理效果, 还能维持填料层一定的空隙率, 保持良好的水力条件，防止铁屑结块。

4．温度：在10℃的时候处理效果不好。温度提高, 电解速度加快，但只要达到常温就可以到达预期的处理效果。

5. 进水COD浓度：对铁碳池反应几乎没有影响。

6．曝气时间：,曝气量的增加会提高CODCr的去除率,增加了水中的溶解O2。当曝气量达到3 L/ min 后,CODCr去除率的提高就缓慢多了。