铁碳微电解填料的研究及应用现状

1微电解法是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称为内电解法、零价铁法、铁屑过滤法、铁碳法。该工艺具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点，起源于二十世纪六、七十年代左右，最初是由苏联研究并发展起来，在美、日等国家曾经引起广泛重视，并己有相当多工程实践经验。我国从 ２０ 世纪８０年代引进该技术，历经３０多年的大量研究和发展，铁碳微电解技术现己成功应用于印染 、电镀 、制药 、造纸 、石油化工  等废水的处理。目前随着铁碳微电解技术的发展，国内外学者不断地改进铁碳微电解工艺 ，而微电解工艺是基于材料和设备，材料是其根本，本文从铁碳微电解材料的演变、制备过程2 个方面介绍了目前微电解材料的研究状况，希望能为微电解技术的研究和应用提供参考。

２  铁碳微电解填料的演变

２．１  第一代铁碳微电解填料

最早用微电解处理废水，使用的基本都是铸铁毛坯切削过程中的粉末状下脚料，即铸铁屑或铁刨花材料，通常将这种材料称为第一代铁碳微电解填料。其主要有效成分为铁元素，在这其中还包括一些少量的元素，例如碳、硅、锰等成分,但是由于技术和成本限制原因，第一代铁碳微电解填料虽成本相对较低，但铁屑中的杂质含量有限，因此导致形成的微电解数量也就比较少，电子密度和传递率比较小。

微电解填料中铁的作用还是以还原作用为主，且在实际运行中存在铁屑结块、堵塞、填料更换困难等问题，所以对废水中污染物的降解转化效率是有限的，有待进一步的探索和改进 。

２．２  第二代铁碳微电解填料

微电解法在处理过程中多采用铁炭固定床，但固定床运行一段时间后由于铁的腐蚀使铁屑表面生成一层金属氧化物和氢氧化物膜，致使铁屑钝化，易出现结块和沟流；为了解决以上问题，随之出现了动态铁碳床，主要有搅拌式铁碳床、滚筒式铁碳床以及铁碳流化床等。以滚筒式铁碳床为例，其原理是把铁粉和铁碳按比例装入滚筒，利用滚筒的转动带动铁粉和铁碳的转动，将这种形成的填料称为第二代铁碳微电解填料。

此类填料针对板结问题在反应设备中加入了搅拌设施，虽对克服板结起到一定作用，但是因为没有从根源上面克服板结的条件，短期内也会因为旋转力矩越来愈大而导致电机功率不够用，再加上设备占地面积大，维护费用较高，最终致使设备不能正常运转。

２．３  第三代铁碳微电解填料

为了提高微电解填料对废水的处理效率，人们尝试利用高温烧结微孔技术对微电解填料的制备过程进行强化处理，主要通过在铁粉和铁碳中加入结合剂（比如粘土），压制成型，然后无氧烧结成规整填料，将这种填料称为第三代铁碳微电解填料。在对甲基橙模拟废水的降解处理试验中表明该填料对废水的 ＣＯＤ和色度去除效果明显，填料在整个处理过程阶段中，没发生类似钝化板结、堵塞等现象，材料的重复利用率高，成本低廉。

第三代铁碳微电解填料具有类似活性炭疏松多孔结构 ，有较大的比表面积，能够达到增加其吸附性能的效果，防止填料板结堵塞，通过对铁碳填料进行形状规整化处理，再加之高温烧结微孔技术处理，可明显提高填料自身的综合处理性能。虽然基本上解决了板结的问题，但由于加入了比重较大的无效成分（如粘土或膨润土），反应过程中粘土或膨润土不会消耗，致使产生的污泥量较大，且填料表面的铁消耗以后，里面的铁被粘土包围，使得反应效果开始有一定程度的下降。

２．４  万泓GL第四代铁碳微电解填料

万泓GL第四代铁碳微电解填料是在第三代铁碳填料的基础上做了更进一步的改进，几乎不用其他结合剂（如粘土），只用极细且占比重较大的铁粉和碳粉，再加以微量元素，压制成型后无氧烧结即可，其铁和碳总含量能达到 87％ 以上。万泓GL铁碳微电解填料。用铁精粉、煤粉与GL催化剂、贵金属及金属催化剂为原料，采用高温烧结微孔技术将其制成椭圆型颗粒填料，其空隙率高达 65% ，比表面积为 １．3ｍ３ ／ｇ ，可有效地防止填料板结和钝化。

万泓GL第四代铁碳微电解填料由于将原料制作成极细的粉末，铁粉、碳粉以及微量元素以恰当的比例充分混合均匀，使其任何地方都均匀分布，当表面的铁反应析出后，表面的碳随着构架的松动而剥离表面，即填料永远保持同等的质量配比。当氧化物附着在极细颗粒的铁的表面时，其附着力很小，容易通过曝气或反冲脱落下来，并且由于制备时几乎不添加任何粘土等惰性成分，确保了填料自身产生的污泥量特别少，万泓GL填料属于目前最新型的铁碳微电解填料,一举解决了铁碳填料板结的世界难题。

３  制备过程

目前微电解材料的制备方法主要有表面改性法及高温煅烧法，其中高温煅烧法相对较为成熟且应用广泛，本文根据是否采用高温烧结技术，将填料制备分为免烧型和烧结型两种。

３．１  免烧型填料制备

一种是利用在自然或者生产生活中产生的副产品（如铁屑等）直接作为微电解填料，第一、二代铁碳微电解填料即属于此类型。另一种是通过将铁屑或铁粉、活性炭及结合剂（如粘土）等在一定温度下烘干处理后粉碎成一定粒度，并将其按照一定的比例均匀混合，经造粒后在一定温度下养护一段时间即可制得。岳钦艳［ １８ ］等利用铁屑、活性炭及粘土等为原料在１０５～１１０℃下烘干处理１～２ｈ后，经粉碎过１００目筛后将其按照不同质量配比混合均匀并造粒，筛选出粒径为５～７ｍｍ的生料球于干燥通风处室温干燥 ２０～４０ｈ ，然后在 １００～１１０℃条件下用水蒸气养护３０～６０ｍｉｎ ，此后以２４ｈ

为周期自然养护５～７ｄ后即可制得抗板结粒状免烧铁碳微电解填料。

３．２  烧结型填料制备

采用高温烧结将铁和碳融合为一体，使传统的铁和碳两种物质变为单一物质，第三、四代铁碳微电解填料属于此类型。一般的制备过程就是将粉碎成一定粒度的铁屑或铁粉、煤粉以及结合剂（如粘土等），再加入适量的催化剂和造孔剂按照一定比例混合均匀，通过造粒机后制成一定规格的形状，经干燥后，在一定温度下无氧烧制一段时间、然后经冷却即可制得。万泓环保在中科院助力研究的基础上，在大量实验、实践和生产的基础上开发的铁碳填料GL复合添加剂成份(GL复合添加剂有多达11中不同的催化剂成分构成)，混合在原料里，加工混合成形后，通过数字高温淬火窑炉烧结窑变，炉内各个坩埚通道温差控制在10度以内，让烧结的铁碳填料内部形成同素异构结晶铁素体，填料内部形成了均匀的GL复合剂保护系统。

新技术让铁碳填料在PH为1以下至PH弱酸性水运行中，填料微观结构像洋葱一般层层剥落，防止填料表面和内部，粘性的氧化膜、聚集、粘连、架桥，彻底阻断板结钝化膜的形成，从而彻底根本性的解决了从20世纪70年代以来几十年来微电解工艺板结钝化的世界性难题。

   这种革命性的GL铁碳填料技术的问世，彻底改变了传统工艺中通过反冲洗、强制搅拌等费时费力防止板结的落后工艺。从而降低了企业处理成本、工人劳动强度，便于管理，真正做到懒汉管理模式。也真正做到了不管水质发生任何波动变化、不管使用多久填料都不会板结。GL铁碳填料中的碳在水中只起到阳极的作用，铁起到阴极的作用，在微电解反应中GL复合催化剂起到的作用有：1.形成更多电子空穴2.增加更多电子受体数量3.产生更多羟基自由基4.提高微电解电位差5.增大受体微循环。绝不让碳在水中起到主要的大量的吸附作用（部分厂家铁含量很低，只是利用碳含量高起吸附作用，几个月碳吸附满后效果直线下降，这是种做法直接坑害使用者）。

                                                                                                     山东万泓环保傅明明18353622598