[发明专利]一种铁碳微电解填料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁碳微电解填料及其制备方法和应用，属于新能源和环境工程技术领域；在本发明中，首先制备了铁碳微电解填料，然后将铁碳微电解填料作为耦合系统的基质，构建了CW‑MFC系统；该系统兼顾了污水处理和生物发电的双重功能，在处理污水的同时，将化学能以电能的形式加以回收，实现了环保生态改善与节能的双赢。

技术领域

本发明属于新能源和环境工程技术领域，具体涉及一种铁碳微电解填料及其制备方法和应用。

背景技术

铁碳微电解作为一种经济高效、环境友好的处理技术在废水中去除污染物方面得到了广泛的研究。铁和活性炭（GAC）的混合物浸入溶液时，铁作为阳极、活性炭（GAC）作为阴极形成电位差，从而会产生许多微观的原电池。在处理废水过程中，通过Fe²⁺和Fe³⁺的沉淀过程中形成氢氧化铁和亚铁氢氧化物，其具有络合、共沉淀和吸附的综合作用，是去除有机污染物的良好絮凝剂。但是铁碳填料会随着系统的长期运行，出现钝化、板结等问题，从而导致系统去除污染物效果较差，出水不能达到排放标准。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种铁碳微电解填料及其制备方法和应用。本发明中首先制备了铁碳微电解填料，然后将铁碳微电解填料作为耦合系统的基质，构建了CW-MFC系统。该系统兼顾了污水处理和生物发电的双重功能，在处理污水的同时，将化学能以电能的形式加以回收，实现了环保生态改善与节能的双赢。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种铁碳微电解填料，所述铁碳微电解填料为多孔球形陶粒，粒径3-8mm，比表面积1~1.3m²/g，比重为1-1.2。

本发明还提供了上述铁碳微电解填料的制备方法，具体包括如下步骤：

将铁粉、活性碳粉末、膨润土和催化剂粉末混合均匀，然后向其中加入液体粘结剂，搅拌均匀后制成圆球状颗粒，随后在100℃~110℃条件下烘干得到含有较多空隙的未烧填料，接着将未烧填料在500℃~700℃煅烧0.5~3小时，煅烧结束后在氮气保护下冷却至室温，得到所述铁碳微电解填料。

进一步地，所述铁粉、活性碳粉末、膨润土的质量比为1.5~3:1~2:1~2。

进一步地，所述液体粘结剂为碳酸氢钠溶液或氯化铵溶液；所述液体粘结剂的质量分数为0.5%~2%，用量为铁粉、活性碳粉末、膨润土质量和的2.5%~5%。

进一步地，所述催化剂为Mn、Ni氧化物中的一种或几种；所述催化剂的用量为铁粉、活性碳粉末、膨润土质量和的5%~10%。

本发明还提供了铁碳微电解填料在CW-MFC系统中的应用，所述应用为铁碳微电解填料作为CW-MFC系统中的基质。

本发明的有益效果：

本发明制得的铁碳微电解填料具备比表面积大、表面活性高以及较强的导电性能等优点，同时填料中添加了金属氧化物催化剂，可以改进电极的综合性能，提高其电化学活性。

本发明中将CWs （人工湿地）和 MFC（微生物燃料电池）相结合，构成CWs –MFC系统，一方面人工湿地的下层通常呈严格的厌氧环境，而人工湿地表层为好氧环境，加之湿地面积较大，为获得较大的MFC阳极和阴极面积提供了得天独厚的条件；另一方面，人工湿地具有好氧及厌氧兼备的内部环境、较长的水力停留时间、高比表面积的湿地基质和植物根际效应等优势，使得人工湿地对难降解有机物的去除具有较高的潜能。CWs –MFC系统兼顾了污水处理和生物发电的双重功能，在处理污水的同时，将化学能以电能的形式加以回收，实现了环保生态改善与节能的双赢。