铁碳微电解的氧化与还原

一、基 础 知 识

从基础化学可知，铁是活泼金属，在偏酸性水溶液中能够发生如下反应：Fe+2H⁺一Fe²⁺+H₂↑，当水中存在氧化剂时，Fe²⁺可进一步被氧化为Fe³⁺。

从铁的电极电位可知，在金属活动顺序表中排在铁后面的金属有可能被铁置换出来而沉积在铁的表面上，如镍、锡、铅、铜、银等：如用铝碳填料，还可置换出锰、锌。

二、原理之氧化

1.大分子有机物的氧化

当铁碳微电解填料在酸性废水不断被腐蚀变成铁屑或铁粉时，这些微小的沉积金属粉粒也一起随废水流出，而在后续的碱中和絮凝沉淀时一同被分离去除。

同样，其他氧化性较强的离子或化合物也会被铁或亚铁离子还原成毒性较小的还原态。新生态的二价铁离子可使某些有机物的发色基团如硝基-NO₂、亚硝基-NO还原成氨基-NH₂，氨基类有机物的可生化性明显高于硝基类有机物；

2.发色基团的氧化

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有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。

电化学反应中产生的新生态氢[H]具有较大的活性，能破坏发色物质的发色结构，使废水中某些有机物的发色基团和助色基团破裂，大分子分解为小分子，达到脱色的目的，同时使废水的组成向易于生化的方向转变。

在3种常见环境污染物存在的情况下，铁的相对稳定性可表示为氧化还原电位(Eh)和pH的函数，具体如图所示。

Eh-pH图形（或普贝图）显示了水、铁和常见污染物包括四氯乙烯(PCE)、硝基苯(ArNO2)和铬酸盐(Cr(Ⅵ))之间的平衡。

三、原理之还原

1.Fe⁰的还原特性

在微电解法处理废水的过程中不同污染物与Fe⁰反应会有不同的反应历程和还原速率，但是这些污染物在结构上都有一个突出的共有特征，即都具有电负性很强的基团或处于元素的高价态，易得到电子而发生还原反应。

Fe⁰表面的还原机理主要有三个：

(1)污染物与Fe⁰表面接触，直接获得由Fe⁰提供的电子被还原；

(2)虽然水中游离的Fe²⁺还原能力很弱，但吸附在氧化物层上的Fe_（s）²⁺能够作为还原剂与污染物反应，其还原能力有时比Fe⁰更强，此外与水中有机物结合后的Fe_org²⁺也具有较强的还原能力；

(3)通过新生态氢[H](由H⁺和H₂O在Fe⁰表面接受电子瞬间产生的氢原子)而发生还原反应。

该图归纳了Fe0的3种主要还原途径。

2.金属类废水的还原

总之：

铁碳微电解系统对废水中许多有毒物质、难降解物质的直接还原，使之毒性减弱或完全降解，这样可以大幅度提高难降解工业废水的可生化性，便于后续生化处理。