Page 163 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 贾艳萍，等: Mn 促进 Fe/C 微电解反应速率及降解污染物机理 ·155·

Fe/Mn/C 微电解工艺装置如图 1 所示。反应器 元素含量从高到低依次是 C、O、N、Si、Fe、Al、
主体由有机玻璃制成，有效容积为 8.5 L。将上述处 Ca 和 S，反应后的活性炭表面元素含量从高到低依
理后的铸铁屑（112.5 g）、高纯金属锰片（37.5 g） 次是 C、Mn、O、N、Fe、Si、S、Ca、Al；填料表
及椰壳活性炭（150 g）（Fe/Mn/C 质量比为 3∶1∶4） 面的 Au 元素由样品表面喷金所致。反应后的活性
置入反应器中，同时将 3 L 配制好的甲基橙模拟染 炭表面出现大量 Mn 元素，这是因为反应中产生的
料废水（染料质量浓度为 300 mg/L）从水箱泵入反 锰氧化物附着在活性炭表面；O 元素的含量降低是
应器，机械搅拌（转速 120 r/min），通过反应器底 由于氧元素参与了氧化还原反应被消耗；Al、Si、
部的曝气装置控制空气流量。反应 1.5 h 后，静置至 Ca 等元素的减少是由于这些元素参与了氧化、置换
上清液与沉积物出现明显分层，取样测定各项指标； 等反应被转移到其他物质表面，同时由于絮凝沉淀
将沉积物 80 ℃下干燥 1.5 h，用镊子挑选分离铸铁 作用被去除所致。
屑、金属锰和活性炭，以备后续进行表征测试。
Fe/Mn/C 微电解反应器的稳定运行周期为 72 h，72 h
后微电解对污染物的去除率大幅度下降。

图 1 Fe/Mn/C 微电解工艺流程示意图
Fig. 1 Schematic diagram of Fe/Mn/C microelectrolysis
process

1.3 监测指标与分析方法
COD、色度采用紫外-可见智能型多参数水质分
析仪测定；采用 SEM 分析填料表面形貌；采用 EDS
分析填料表面元素组成；采用 FTIR 分析微电解填
料表面处理前后红外光区的基团变化；采用拉曼光
谱分析反应前后填料表面的分子结构；采用紫外-
可见分光光度计分析废水处理前后紫外-可见光区
域的物质及含量变化；采用三维荧光光谱仪分析废
水处理前后的荧光物质结构及官能团变化。

2 结果与讨论

2.1 填料表面特征分析
2.1.1 SEM-EDS 分析
Fe/Mn/C 微电解工艺反应前后的 Fe、Mn、C 表
面形貌及元素组成如图 2 所示。反应前后固体表面
元素分析见表 1。由图 2a 可知，吸附甲基橙后（电
解反应前）的活性炭表面较为平滑、洁净，可明显
观察到活性炭表面存在大量孔隙，这有利于活性炭
与废水及 Fe/Mn 充分接触，提高反应速率；由图 2b
可知，电解后的活性炭表面产生了一层附着物，表
面空隙被覆盖。由表 1 可知，反应前的活性炭表面