铁碳微电解是一种基于 Fe/C 原电池反应原理的电化学处理技术，常用于难 生化降解废水的处理。然而，由于零价铁固有的高还原活性，常规铁碳填料处理 过程中存在表面易钝化、反应器长期运行易发生板结堵塞以及产生大量铁泥等问 题，导致微电解在实际应用中利用率低，成本提高。由于碳化铁基（Fe3C/C）纳 米复合材料具有良好的导电性、耐腐蚀性、良好的孔隙度和高比表面积，本论文 提出将碳化铁引入传统铁碳体系，以期赋予铁碳界面高电子传递和低钝化速率， 强化微电解体系的去除效率。本研究可为微电解处理工业废水提供理论基础和技 术支撑，研究内容和研究结果主要如下：

       以 Fe3C 作为过渡相引入铁碳体系，经高温碳热还原合成了 Fe0 /Fe3C/C 复合 材料，研究了材料对 Cr(VI)的微电解还原性能及过程机制。研究发现，Fe0 /Fe3C/C 材料具有基于核-壳结构的纳米棒状形貌，其 Cr(VI)还原容量约为传统 Fe/C 的 5.6 倍，并且在还原过程中可同步固定还原产物 Cr(III)。与 Fe/C 相比，Fe0 /Fe3C/C 具 有更低的塔菲尔极化曲线阳极斜率（-5mV/dec vs Fe/C）以及更高的表面钝化电 位（+101mV vs Fe/C）。该结构设计强化了铁碳极间的电子交换，降低了铁颗粒 的表面钝化，构建了一种汇集还原、介导、吸附、抗钝化等多功能的铁碳界面。

       以双氰胺-铁配合物（Fe-DICY）为前驱体，深入研究了 Fe0 /Fe3C/C 的热解形 成过程，并完成了材料的中试批量制备。研究发现，材料的高温热解合成主要包 括成核与生长两个重要步骤。其中成核阶段 Fe-DICY 可自发分解为具有高密度 含氮配体的层状模板 CxNy，可在限制铁基物种纳米尺度成核的同时完成 Fe(III) →Fe(II)的还原转化。提出了纳米 Fe0 /Fe3C/C 的合成机制，通过控制成核过程确 保了 Fe0 /Fe3C/C 纳米材料的大量产出。在此基础上，开发了一种简便、高重复率、 高产率的 Fe0 /Fe3C/C 纳米材料规模化制备方法，样品具有与小试相似的表观形貌 与微观结构。

      根据 Fe0 /Fe3C/C 的结构特性，开发了一种循环流化床（CFB）反应器，评价 了 Fe0 /Fe3C/C-CFB 耦合工艺的 Cr(VI)去除效率，并且探究了 Fe0 /Fe3C/C 与 CFB 间的相互适配性。研究发现，表观液速和固体浓度对 Fe0 /Fe3C/C-CFB 处理效率 具有关键性影响。与固定床相比，CFB 可有效抑制 Fe0 /Fe3C/C 颗粒自团聚，保留 其孔隙结构，从而表现出更高的去除效率与使用寿命。此外，CFB 可催化 Fe0 /Fe3C/C 表面微晶氧化物和吸附态 Fe(II)的产生，在强化 Fe0 /Fe3C/C 表面和体 相内部电子转移的同时可保持 Cr(III) 91.7%回收率。Fe0 /Fe3C/C-CFB 良好的 Cr(VI) 去除效能以及工艺较高的 Fe0 利用率（47%）展现了该耦合工艺良好的可行性。

        根据 CFB 反应器工作原理和模拟优化结果，设计了容积为 11 L 的 CFB 中 试反应器，实现了反应器的主体流化区以及沉降区的一体化运行。采用 Fe0 /Fe3C/C-CFB 对实际电镀含铬废水进行了穿透试验研究，评价了不同的进水 pH 值、进水 Cr(VI)浓度、水力停留时间、固体浓度工况对 Fe0 /Fe3C/C-CFB 工艺 除铬效能的影响。同时发现在低 Cr(VI)浓度 2 mg/L 进水条件下，Fe0 /Fe3C/C-CFB 出水 Cr(VI)可保持 240 h 低于排放标准（0.2 mg/L），证明了 Fe0 /Fe3C/C-CFB 工 艺长期运行的高效性与稳定性。