两电子水氧化反应抑制掺硼金刚石电极氧化有机物过程中氯酸盐和高氯酸盐的生成

掺硼金刚石(BDD)具有羟基自由基(·OH)产率高、稳定性好的优点,作为电极材料被广泛应用于难降解有机物的处理。但BDD电极在处理含氯介质时产生的高毒性副产物——氯酸盐(ClO_(3)^(-))和高氯酸盐(ClO_(4)^(-))是限制其广泛应用的关键障碍之一。本文通过两电子水氧化反应(2e^(-)WOR)来控制BDD电极氧化过程中ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的产生。同时,以一种广泛使用的除草剂——阿特拉津(ATZ)为模型污染物,探究2e^(-)WOR对有机物降解效果的影响。研究表明,NaHCO_(3)作为电解质可以有效催化BDD电极上的2e^(-)WOR,进而降低电解过程中活性氯、ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的浓度。添加10mmol/L NaHCO_(3)后,活性氯浓度下降了60.3%,ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的生成速率常数分别下降10.2%和39.2%。当添加50mmol/L和100mmol/L NaHCO_(3)时,活性氯的生成被完全抑制,ClO_(3)^(-)的生成速率常数分别降低了60.0%和72.5%,ClO_(4)^(-)的生成速率常数分别降低了66.2%和72.6%。2e^(-)WOR对ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)抑制作用的机理有两个方面:①2e^(-)WOR产生的H2O2与活性氯反应,降低了关键中间物的浓度,进而控制了ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的生成;②HCO_(3)^(-)与ClO_(3)^(-)竞争·OH反应,降低了ClO_(3)^(-)向ClO_(4)^(-)的转化速率。研究发现,适量添加NaHCO_(3)有利于ATZ的降解。添加10mmol/L和50mmol/L NaHCO_(3)后,ATZ的降解动力学常数分别提高了27.2%和53.8%。甲醇猝灭实验表明,NaHCO_(3)的添加促进了溶液本体中ATZ的降解。

掺硼金刚石薄膜臭氧水在牙科综合治疗台水路消毒的效果评价

口腔综合治疗台(dental unit,DU,以下简称“牙椅”)是口腔门诊诊疗过程中最基础的医疗设备,其水路系统(dental unit waterlines,DUWLs)主要负责牙椅上牙科高速手机、三用枪、水杯注水器等的用水。由于DUWLs的特性,以及临床使用过程中回吸造成的水及管道内壁污染。

掺硼大单晶金刚石制备及其刀具切削温度在线检测研究

为了实时测量单晶金刚石刀具加工区域的温度和实时监测金刚石刀具超精密加工工件表面的质量,利用掺硼金刚石的半导体性质,建立掺硼金刚石电阻与温度的对应关系,得出其测量灵敏度为6.2Ω/℃;利用所研制的掺硼单点金刚石刀具在金刚石车床上分别对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和碳纤维增强塑料(CFRP)试件进行了单点金刚石刀具(SPDT)的切削温度测量,实验验证了所研制的掺硼金刚石刀具切削温度测量系统能够灵敏地测量精密切削过程中的切削温度;金刚石刀具切削CFRP试件时,切削温度和加工表面形貌出现周期性的变化,这一发现对于指导单点金刚石刀具超精密表面加工状态的在线监测也很有价值。

基于掺硼金刚石电极的工业废水处理研究进展

工业废水普遍具有可生化性差、污染物种类多、有机物含量高、难降解等特点,常规处理手段难使其达标排放。以电化学高级氧化工艺为代表的污水深度处理工艺处理污水效果显著,是近年来环境工作者的研究热点之一。掺硼金刚石(boron-doped diamond,BDD)电极理化性质优异,是目前电化学高级氧化处理废水最为理想高效的阳极材料,但关于大尺寸BDD电极的应用及处理真实工业废水的研究情况尚未及时总结归纳。本文以基于BDD电极的电化学高级氧化工艺过程为对象,对该过程涉及到的废水特点、工艺原理、BDD电极特点及制备方法、处理案例和工艺参数优化等方面的研究进展进行综述,重点聚焦不同污染体系下的大型实验室装置、中试装置和处理真实工业废水案例,总结了BDD电极材料开发情况和不同类型工艺的技术特点,探讨了工艺优化方面的研究进展和目前限制该技术大规模工业化应用的主要原因。最后对基于BDD电极的电化学高级氧化工艺应用前景和重点发展方向作出了展望。

掺硼金刚石薄膜电极电化学氧化废水研究进展

掺硼金刚石薄膜(Boron-doped Diamond Electrodes,BDD)电极因其优异的理化性质被认为是电化学氧化处理废水的有效材料,已取得了大量研究成果。本文首先概述了电化学氧化的基本原理与常用阳极材料,分析了在制备和运行中影响BDD电极电化学系统性能的主要因素。其次,讨论了BDD电极的实际应用,包括在废水处理方面的耦合技术及微生物灭活、电合成和电分析。最后,展望了BDD电极面临的挑战和未来发展前景。

籽晶种植及掺硼形核对硬质合金表面金刚石涂层的影响

为改善硬质合金刀具金刚石涂层的质量,提高金刚石涂层的形核密度以提升涂层的均匀性,本文采用热丝化学气相沉积法,在YG8硬质合金基体表面沉积纳米金刚石,研究籽晶种植和形核阶段掺硼对金刚石涂层形核和生长的影响。结果表明:采用质量浓度为1.0 g/L的氢端基纳米金刚石悬浊液进行籽晶种植时,样品表面籽晶密度最高、分布最均匀,后续生长的金刚石晶粒更加细小均匀,改善了涂层的均匀性和平整度。掺硼形核可抑制金刚石涂层中石墨相的形成,提高金刚石涂层的纯度,但硼的掺入使金刚石峰(D峰)的半峰宽(full width at half maximum,FWHM)增大,对金刚石结晶产生不利影响。籽晶种植可使涂层D峰的FWHM从17.43 cm^(−1)降低为10.91 cm^(−1),提升了掺硼形核阶段的结晶质量,削弱了掺硼的不利影响。将掺硼和籽晶种植相结合,所得金刚石晶粒尺寸最小约1~3μm,此时金刚石与石墨的拉曼峰强度比(ID/IG)高达12.83,涂层质量较好。此外在籽晶种植与掺硼形核共同作用下,金刚石涂层的结合性能显著提高,在600 N载荷下可达到HF1级别。

铌基掺硼金刚石电极电化学氧化处理生姜切片废水

生姜切片废水具有COD高、成分复杂、难降解、微生物抑制性等特点,利用铌基掺硼金刚石(Nb-BDD)电极构建电化学氧化工艺对其进行处理,采用单因素法考察了电解时间、支持电解质种类、电流密度、pH、废水初始浓度对COD去除效果的影响,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测最优电解条件下经电化学氧化法处理前后废水中有机污染物的组成变化,并分析了电化学氧化法的经济可行性。结果表明,初始COD为600 mg/L的生姜切片废水,在溶液初始pH=7、支持电解质为0.5 mol/L NaCl、电流密度为65 mA/cm^(2)、反应时间为160 min的条件下,COD去除率可达82.72%;电化学氧化反应后生姜切片废水中特征污染物6-姜酚被完全去除,主要污染物种类由原来的15种减至3种。采用电化学氧化法处理1 m^(3)生姜切片废水的运行费用为22.22元,1 g COD的处理成本为0.02元。

硝酸介质中H_(2)C_(2)O_(4)在铂、玻碳和金刚石掺硼电极上的氧化机理

为了解硝酸介质中H_(2)C_(2)O_(4)在铂、玻碳和金刚石掺硼(BDD)电极上的电解氧化机理,使用循环伏安、线性扫描伏安等方法开展了电化学测试,研究了电极电位、电流密度以及硝酸浓度对H_(2)C_(2)O_(4)氧化的影响,并分析了硝酸的影响主要来自于H+。在铂电极上,推测H_(2)C_(2)O_(4)不仅发生电氧化,而且吸附态的·OH与吸附态H_(2)C_(2)O_(4)反应生成CO_(2)和H_(2)O。在金刚石掺硼电极上,·OH的间接氧化是H_(2)C_(2)O_(4)氧化的主要作用,硝酸浓度增加使·OH产生量变少,进而导致H_(2)C_(2)O_(4)氧化速率降低。使用旋转圆盘玻碳电极测定了H_(2)C_(2)O_(4)的扩散系数为1.4×10^(-5)cm^(2)/s,在1.34~1.42 V下通过Tafel外推法得到H_(2)C_(2)O_(4)电化学氧化的交换电流密度为5.8×10^(-6)A/cm^(2)。

掺硼金刚石薄膜表面高分散镍纳米颗粒的制备

化学气相沉积制备掺硼金刚石薄膜因具有电化学势窗口宽、化学稳定性高和抗污能力强等特征,在电化学领域中有广阔的应用前景。用高分散金属纳米颗粒对掺硼金刚石(BDD)薄膜进行表面修饰,可显著提高其比表面积和活性位点,提升掺硼金刚石薄膜的电化学性能。采用混合酸对掺硼金刚石薄膜进行表面改性,获得亲水性表面,继而生长镍金属框架材料(Ni-MOFs),热处理后获得镍纳米颗粒。借助接触角测定仪对薄膜表面终端进行分析,并通过扫描电子显微镜对纳米镍颗粒修饰的BDD薄膜进行表征。结果表明:BDD表面从以氢端基为主的H-BDD转变为以氧基团为主的O-BDD表面,接触角由70°减小为33.7°;纳米镍颗粒分散均匀,粒径大小为5—12 nm,颗粒密度约为3.5×10^(6)cm^(−2)。

掺硼浓度对金刚石薄膜微电极电化学氢化的影响

硼掺杂金刚石(BDD)具有高的析氧电位、低的背景电流等优异的电化学性能,但其电化学传感特性易受掺硼浓度影响。采用热丝化学气相沉积法在微细钨丝上沉积BDD薄膜,在不同沉积温度(700和800℃)下改变掺硼浓度而制备了系列BDD微电极,研究了掺硼浓度对BDD微电极表面电化学氢化的影响。同时,采用扫描电子显微镜、Raman光谱分析薄膜形貌和成分,采用循环伏安法在铁氰化钾溶液中检测薄膜的表面状态和电化学性能。结果表明:高温会促进薄膜中硼的掺入,降低了薄膜质量;随着薄膜中硼浓度的增加,原生BDD电极的表面状态和电化学性能改变不大,但是会降低BDD微电极从氧端基恢复到氢端基的难度。

掺硼金刚石/Si-Ti电极体系处理沙坦类制药生化尾水溶解性有机物的研究

沙坦类制药废水经生化处理后的外排尾水仍残留有溶解性有机物(DOM),需要深度处理。掺硼金刚石(BDD)薄膜类形稳电极是水处理领域的主要材料。剖析了沙坦类制药生化尾水的荧光特征,评估了BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水DOM的性能。结果表明:沙坦类制药生化尾水有2种独立荧光组分,其中色氨酸组分(中心激发波长=250 nm,中心发射波长=350 nm)是特征荧光组分;BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水的经济电流密度为10~15 mA/cm^(2)。傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析显示,共轭有机物及共轭基团是此类尾水荧光的主要来源,共轭结构被BDD/Si-Ti电极体系有效分解,生成烷烃类物质,因此电解60 min后荧光基本消失。

掺硼金刚石膜电极电解染料废水的研究

掺硼金刚石膜电极在电化学方面具有很大的优势,常被应用于有机废水的处理领域。本文用掺硼金刚石膜电极作为阳极来电解处理酸性红染料水溶液,观察溶液颜色变化并测试溶液COD值,确认了掺硼金刚石膜电极电解处理有机物废水方案具有可行性。提高电极电流密度、降低电解液流速都能够显著提高电极的COD处理能力,增加COD去除率,降低COD处理能耗。对于低浓度的染料溶液(初始COD值400 mg/L左右),选取电解液流速400 m L/min,电极电流密度60 m A/cm^(2),掺硼金刚石膜电极可以在3~4 h内将染料溶液电解至无色,COD去除率能够达到90%以上。

掺硼浓度与沉积气压对Ti/BDD微观结构和电化学氧化性能影响规律研究

探究在热丝化学气相沉积生长硼掺杂金刚石的过程中,掺硼浓度与沉积气压对钛基硼掺杂金刚石薄膜的微观结构与电化学氧化性能的影响,并以四环素作为模拟污染物进行电化学氧化降解实验。使用扫描电子显微镜、拉曼光谱、紫外分光光度计以及电化学工作站对电极表面形貌、成分以及电化学性能进行表征。结果表明:随着掺硼浓度与沉积气压的增大,金刚石薄膜表面晶粒明显细化,生长速率下降;然而随着沉积气压的升高,金刚石的晶粒质量逐渐降低,但硼原子掺杂则会提高金刚石晶粒质量;在高掺硼浓度和低沉积气压的条件下,金刚石薄膜表面的硼原子浓度更高;高掺硼浓度和低沉积气压下所生成的较大晶粒尺寸和更高硼原子浓度的硼掺杂金刚石电极具有更优越的电化学性能、更高的降解效率以及更低的降解能耗。

掺硼金刚石薄膜电极电催化降解染料废水的研究

通过测试新型掺硼金刚石薄膜电极的电化学性质,发现掺硼金刚石薄膜电极具有较高的析氢析氧过电位,有效地抑制了析氧副反应,具有较高的催化氧化效率。在研究活性艳红模拟染料废水在该电极上的催化降解过程中,考察了不同工艺条件:活性炭投加、电解质、电流密度、pH值和染料废水的初始浓度对染料降解脱除的影响。实验结果表明:在酸性介质中,投加一定量的活性炭和2gL-1硫酸钠电解质,选用电流密度为0.08Acm-2,来处理高浓度染料废水色度去除率可达到99%。由染料废水处理前后的紫外可见光谱表明电解不仅破坏了染料分子中的偶氮共轭发色基团,达到去色的目的,还可以断裂其他难降解小分子基团。

CVD金刚石薄膜的掺硼研究

采用固体三氧化二硼 ,在单晶硅 (10 0 )衬底上用微波CVD法生长金刚石薄膜和进行 p型掺杂 ,对不同掺杂碳源浓度下CVD金刚石薄膜的掺杂和生长行为、薄膜表面形貌、薄膜的电性能等进行了研究 .结果表明 ,硼确实已掺入金刚石膜中 ;在SEM下观察到硼掺杂金刚石膜结构致密没有孔洞 ;用Ti和Ag分别在掺杂金刚石薄膜表面制备电极 ,测试了在不同温度下电流随温度的变化。

硼掺杂金刚石薄膜研究

硼掺杂是改善金刚石薄膜电阻率的有效手段,被认为是将金刚石薄膜用于制备电化学电极的途径。本文通过CVD法在单晶硅片上制得掺硼金刚石薄膜(BDD),并采用四点探针、扫描电镜、激光拉曼和电化学工作站对之进行检测,发现随着硼掺入量的增加,薄膜电阻率逐渐降低,重掺杂时可达2.0×10-3Ω.cm。同时金刚石薄膜的固有质量出现恶化,表现为金刚石晶粒的碎化以及拉曼观察到的薄膜内应力的增加和非金刚石峰的出现。对薄膜电极进行电化学测量发现BDD电极在酸性溶液中具有非常宽的电位窗口和高的阳极极化电位,且背景电流极低。

掺硼多晶金刚石膜的电化学性能研究

采用EACVD(E lectron Assisted Chem ical Vapor Deposition)方法制备了掺硼金刚石膜,并用扫描电镜、拉曼光谱及霍尔效应等测试方法对其表面形貌、生长特性、载流子浓度以及导电性能进行了分析.测试结果表明,掺硼金刚石膜是由微米级晶粒组成的多晶膜,其载流子浓度为4.88×1020cm-3,电阻率为0.03Ω.cm,是高品质金刚石膜.用该金刚石膜制作电化学电极,利用循环伏安法分别测量了金刚石膜电极在氯化钾空白底液、亚铁氰化钾溶液和左旋半胱氨酸溶液中的循环伏安曲线,发现该金刚石膜电极在水溶液中具有宽的电化学窗口(约为3.7 V)和接近零的背景电流,在生物制剂的检测中具有很高的灵敏度和良好的稳定性,是一种理想的电化学电极材料.

硼源浓度对纳米金刚石薄膜掺硼的影响

目的研究纳米金刚石薄膜生长掺硼的内在机理,实现对该过程的精确控制。方法采用微波等离子体化学气相沉积法,以氢气稀释的乙硼烷为硼源,进行纳米金刚石薄膜的生长过程掺硼实验,研究硼源浓度对掺硼纳米金刚石薄膜晶粒尺寸、表面粗糙度、表面电阻和表面硼原子浓度的影响。结果随着硼源浓度的增加,纳米金刚石薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸增大,表面电阻则先下降,而后趋于平衡。结论纳米金刚石薄膜掺硼后,表面电导性能可获得改善,表面粗糙度和晶粒尺寸则会增大。在700℃条件下掺硼15 min,最佳的硼源浓度(以硼烷占总气体流量的百分比计)为0.02%。

掺硼金刚石电极降解模拟焦化废水中的喹啉

采用掺硼金刚石(BDD)电极电化学氧化法降解模拟焦化废水中的喹啉,并通过GC-MS技术分析了喹啉的降解机理及途径。实验结果表明:在常温、初始喹啉质量浓度为50.0 mg/L、电解质Na2SO4浓度为0.05 mol/L、模拟废水pH为7、电解时间为2.5 h、电流密度为30 mA/cm2、极板总面积与模拟废水体积的比为160 cm2/cm3的条件下,喹啉降解率接近100%;TOC由初始时的29.43 mg/L降至5.76 mg/L,TOC去除率达80%;COD由初始时的95.25 mg/L降至20.65 mg/L,COD去除率达78%;在降解过程中,首先在喹啉苯环的5位和8位发生羟基化反应,然后苯环发生断裂,形成带有吡啶环的中间产物及羧酸类产物,最后氮杂环开环,生成二氧化碳和水。

掺硼金刚石膜的热敏特性

用微波ＰＣＶＤ法将掺硼金刚石膜淀积在Ｓｉ３Ｎ４基片上．用Ｔｉ薄膜作为欧姆接触电极蒸发在金刚石膜表面上．为防止Ｔｉ在高温下氧化，上面镀上了Ａｕ薄膜，从室温到６００℃范围内测试了这些金刚石膜样品的电阻（Ｒ），发现Ｔ１和Ｒ之间呈线性关系，若改变掺硼浓度以及热处理条件可以控制掺硼金刚石膜的热敏特性，结果表明掺硼金刚石膜显示了高的敏感性和好的稳定性，是一种优良的热敏电阻材料．