巩义铁碳微电解填料

山东德嘉环保科技有限公司

反应原理

电化学反应的氧化还原。

铁屑对絮体的电附集和对反应的催化作用。电池反应产物的混凝，新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应的结果。其中主要作用是氧化还原和电附集，废铁屑的主要成分是铁和碳，当将其浸入电解质溶液中时,由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe2+进入废水,进而氧化成Fe3+,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O],在偏酸性的条件下,这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,使**大分子发生断链降解,从而消除了**物尤其是印染废水的色度,提高了废水的可生化度,且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-,这使得废水的pH值也有所提高。
废水与铁碳接触后发生如下电化学反应:

阳极:Fe-2e-→Fe Eo(Fe/Fe)=0.4

阴极:2H++2e-→H2 Eo(H+/H2)=0V

当有氧存在时,阴极反应如下:

O2+4H++4e-→2H2O Eo(O2)=1.23V

O2+2H2O+4e-→4OH- Eo(O2/OH-)=0.41V

有试验在铁碳反应后加H2O2，阳极反应生成的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂,即Fe2+与H2O2构成Fenton试剂氧化体系。阴极反应生成的新生态[H]能与废水中许多组分发生氧化还原反应,破坏染料中间体分子中的发色基团(如偶氮基团),使其脱色。通过铁碳曝气反应,消耗了大量的氢离子,使废水的pH值升高,为后续催化氧化处理创造了条件。

催化氧化原理 向废水中投加适量的H2O2溶液与废水中的Fe2+组成试剂,它具有较强的氧化能力,特别适用于难降解**废水的治理。Fenton试剂之所以具有较强的氧化能力,是由于HO被Fe催化分解产生·OH(羟基自由基)。

生化性能改善和色度去除的机理

微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些**物的发色基团硝基-NO2 、亚硝基-NO 还原成胺基-NH2 ,另胺基类**物的可生化性也明显**硝基类**物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基-COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链**物分解成易生物降解的小分子**物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及**高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分**污染物质使废水得到净化。

微电解处理废水自诞生以来，便引起国内外环保研究学者的关注，并进行了大量的研究!已有很多**和实用技术成果。较近几年，微电解处理工业废水发展十分迅速，现已用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、含氟废水的处理工程，并收到了良好的经济效益和环保效果。微电解工艺对废水的脱色有良好处理的效果，且以废治废，运行费用低，因此在我国将具有良好的工业应用前景。

目前国内外微电解设备均是固定床，其特点是结构简单，推流性好，但存在不少实用性问题:一是效率不高，反应速度不快;二是床体易板结，造成短路和死区;三是铁屑补充劳动强度大。

内电解法处理工业废水中存在的问题

内电解法对不同结构，不同性质的染料的作用机理各异，需进一步探讨脱色降污作用机理及较佳处理工艺。根据各类染料的特点，尤其处理高浓度废水时，需找出与混凝法、生化法、曝气氧化法等配合的适宜工艺，有效克服该法去除率偏低的缺点。

在解决酸性废水电化腐烛速率高而中性偏酸废水电极吸附及新生铁离子水解、絮凝效果好这矛盾。筛选有效催化剂、助剂使之能在较广PH范围内发挥电化腐烛及絮凝吸附较佳效果。尤其是在酸性废水中，虽脱色率较高，但铁溶出量大，污泥量亦大。要采取有效措施尽量减少污泥量，减低污泥含水率以避免产生二次污染。 选择合适的铁屑活化方法，设计合理的过滤床，解决铁屑易钝化、易结块从而出现沟流等弊端.提高处理效率。

Fenton(中文译为芬顿)是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893年,化学家Fenton HJ 发芬顿反应器芬顿反应器现，过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的**化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显着。但此后半个多世纪中，这种氧化性试剂却因为氧化性较强没有被太多重视。但进入20 世纪70 年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，具有去除难降解**污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。 当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应:

Fe + H2O2→Fe + (OH)+OH·①

从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe反应后生成1mol的Fe，同时伴随生成1mol的OH外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性**物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 年,美国着名环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe 在Fenton 试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程:

H2O2 + Fe → Fe + O2 + 2H ②

O2 + Fe→ Fe + O2·③

可以看出,芬顿试剂中除了产生1 摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成1 摩尔的过氧自由基O2·，但是过氧自由基的氧化电势只有1.3 V左右，所以，在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。

发展

2009年，芬顿试剂和反应还进入了安徽省的高考题(请见原题)，以**污染物浓度随时间的变化曲线表现芬顿反应的降解速率受溶液温度和pH影响的效果。开放性的命题形式和*的知识情境在考查化学反应速率的同时，更强调了实验探究思维、变量控制方法和科学视野拓展的需要。