CN113845183B - 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法 - Google Patents

一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113845183B
CN113845183B CN202111106654.9A CN202111106654A CN113845183B CN 113845183 B CN113845183 B CN 113845183B CN 202111106654 A CN202111106654 A CN 202111106654A CN 113845183 B CN113845183 B CN 113845183B
Authority
CN
China
Prior art keywords
doped diamond
diamond particles
electrode
particles
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111106654.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113845183A (zh
Inventor
魏秋平
施海平
施应洁
施帅
施振
周科朝
谭际麟
王宝峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Xinfeng Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Xinfeng Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Xinfeng Technology Co ltd filed Critical Hunan Xinfeng Technology Co ltd
Priority to CN202111106654.9A priority Critical patent/CN113845183B/zh
Priority to PCT/CN2021/128996 priority patent/WO2023045041A1/zh
Publication of CN113845183A publication Critical patent/CN113845183A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113845183B publication Critical patent/CN113845183B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/271—Diamond only using hot filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/278—Diamond only doping or introduction of a secondary phase in the diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/279—Diamond only control of diamond crystallography
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4417—Methods specially adapted for coating powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/343—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/28—Acidic compositions for etching iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46147—Diamond coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法，以掺硼金刚石平板电极为阳极电极，钛板为阴极电极，掺杂金刚石颗粒为填料，填料通过组装构成填料模组；所述掺杂金刚石颗粒包含核心材料，以及包覆核心材料的掺杂金刚石薄膜，其中掺杂元素选自为硼、氮、磷、锂中的一种或多种，所述核心材料选自金刚石颗粒、掺硼金刚石颗粒、金属颗粒、陶瓷颗粒中的至少一种，本发明中，以掺杂金刚石颗粒为填料，其具有疏松多孔结构，极大的增加了电化学活性面积和可吸附面积，另外由于阴极和阳极之间的电极化导致的填料产生微电流，从而使得本三维电极可以在较低的电压下获得较高的电流密度，从而提高了电催化产生活性中间体的性能。

Description

一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法
技术领域
本发明属于金刚石电极制备技术领域，具体涉及一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法。
背景技术
金刚石薄膜电极是一种具备优异物理化学性能的材料，其具有高的机械强度，优良的化学稳定性和电化学性能，以及在高强度电流负荷下作用电极表面也不会发生明显变化等特点，使其在电化学应用方面具有广泛的前景。在金刚石膜生长过程中通过掺杂硼元素，使制备的硼掺杂金刚石膜变为半导体或具有金属性质的导体，将其沉积在某些电极基体如钛片、硅片、石墨等表面获得的硼掺杂金刚石电极是近年污水净化处理、电化学生物传感器等领域的重点。与传统电极相比，掺硼金刚石电极(BDD)薄膜电极具有窗口宽、背景电流小、电化学稳定性好、机械性能好、耐腐蚀性强、导电性好等诸多优势。
传统平板电极属于二维电极，其真实电极面积与表观电极面积相近，电极的低比表面积严重制约了电极表面的传质效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供一种基于掺杂金刚石颗粒电极的水处理三维电极，所述水处理三维电极，包含阳极、阴极，以及填料，所述填料为掺杂金刚石颗粒，所述掺杂金刚石颗粒包含核心材料，以及包覆核心材料的掺杂金刚石薄膜，其中掺杂元素选自硼、氮、磷、锂中的一种或多种，优选为硼。
本发明提供了一种三维电极，在三维电极中设置掺杂金刚石颗粒为填料，其具有疏松多孔结构，极大的增加了电化学活性面积和可吸附面积，与此同时，由于阴极和阳极之间的电极化导致的填料产生微电流，从而使得本三维电极可以在较低的电压下获得较高的电流密度，从而提高了电催化产生活性中间体的性能。
优选的方案，所述阳极为掺硼金刚石平板电极，所述阴极为钛板，所述填料通过组装构成填料模组。
当以掺硼金刚石平板电极作为阳极，钛板作为阴极时，三维电极的电极密度最高，电催化性能最优异。
优选的方案，所述核心材料选自金刚石颗粒、掺硼金刚石颗粒、金属颗粒、陶瓷颗粒中的至少一种，所述金属颗粒中的金属选自镍、铌、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种或其合金中的一种；或所述陶瓷颗粒中的陶瓷选自A12O3、 ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、WC、Cr7C3中的至少一种，所述核心材料为规则形状或无规则形状，尺寸为100纳米～50毫米。
进一步的优选，所述核心材料选自金刚石颗粒、掺硼金刚石颗粒、SiC颗粒、钛颗粒中的至少一种，所述金刚石颗粒与掺硼金刚石颗粒的粒径为100-500μm，所述SiC颗粒与钛颗粒的粒径200nm-30mm，优选为2～8mm，进一步优选为3～5 mm。
发明人发现，当核心材料选自金刚石颗粒、掺硼金刚石颗粒、SiC颗粒、钛颗粒中的至少一种，并且金刚石颗粒与掺硼金刚石颗粒的粒径100-500μm，SiC 颗粒与钛颗粒粒径为200nm-30mm时，最终三维电极的电催化性能更优。
在本发明中所用掺硼金刚石颗粒或金刚石颗粒优选为高温高压的形成的单晶结构的颗粒，成本低廉并与多晶掺杂金刚石薄膜的协同下具有优异的电催化活性。掺硼金刚石颗粒或金刚石颗粒与掺杂金刚石薄膜由于具有似的晶体结构，因此不仅在制备中极易形核，而且结合稳定，可协同发挥出更优异的性能特征，而通过大量的创造性实验，发明人发现，以球形结构的SiC颗粒、钛颗粒作核心材料，所形成的掺杂金刚石颗粒相对于其他的金属或陶瓷以及其他的形状具有量优的电催化活性。
更进一步的优选，所述核心材料选自单晶结构的100-500μm掺硼金刚石颗粒和球状结构的200nm-30mm的SiC颗粒。
发明人意外的发现，当填料为由填料A与填料B组成的混合填料，其中填料A的核心材料选自单晶结构的100-500μm的掺硼金刚石颗粒，而填料B的核心材料选自球状结构的200nm-30mm的SiC颗粒时，最终三维电极的降解能耗大幅降低。
优选的方案，所述掺杂金刚石薄膜的厚度为5nm-20μm，优选为1～10μm，晶型结构为多晶
优选的方案，所述掺杂金刚石薄膜中掺杂浓度＞1021cm-3，优选为1021 cm-3～1022cm-3。
当掺杂金刚石薄膜的含量控制于上述范围时，最终所得掺杂金刚石颗粒的性能最优，这是由于当掺杂浓度大于1018cm-3时，绝缘的金刚石具有半导体性质，当大于1021cm-3时，可获得类金属性质，然而过多由于掺杂元素和金刚石的晶格系数不同，因此过多的掺杂会导致金刚石晶格被破坏，产生杂质相(如sp2))，从而导致金刚石的一些优良性质如高硬度、高强度、惰性表面的丧失，而将掺杂金刚石薄膜中掺杂浓度控制在上述范围内，将与载体颗粒核心材料的协同下获得最优的性能。
发明人发现，将掺杂金刚石薄膜设置在上述范围内，可以获得完全均匀包覆，性能最为优异的掺杂金刚石颗粒。
优选的方案，所述掺杂金刚石薄膜的掺杂方式包含恒定掺杂、多层变化掺杂、梯度掺杂的一种或多种组合。
进一步的优选，当以金刚石颗粒以及掺硼金刚石颗粒作为核心材料时，包覆于核心材料表面的掺杂金刚石薄膜的掺杂方式为梯度掺杂，且掺杂浓度由内至外递增。
与金刚石层接触的底层，采用微量元素掺杂，保持纯度，保证导热性，再逐步提高元素掺杂浓度，使顶层采用较高的掺杂元素含量，结合高温热处理，获得优异的亲水性
进一步的优选，当以SiC颗粒为核心材料时，包覆于核心材料表面的掺杂金刚石薄膜的掺杂方式为梯度掺杂，且掺杂浓度由内至外递减。本发明中在SiC颗粒表面设置掺杂元素含量梯度减少的掺杂金刚石层，在与衬底接触的最底层掺杂元素含量最高，导电性最强，从而可以赋予SiC颗粒较高的导电性。
发明人发现，当同时采用无规则形态的掺杂金刚石颗粒与球状结构的SiC颗粒共同作为填料，且采用上述两种梯度掺杂方式时，最终电催化活性最高，能耗最低。
优选的方案，所述掺杂金刚石薄膜为多孔结构的掺杂金刚石薄膜，所述掺杂金刚石薄膜中孔洞的孔径为10nm-200nm。
在掺杂金刚石薄膜表面设置微孔可以进一步提高颗粒的比表面积，提高其性能。
本发明一种基于掺杂金刚石颗粒电极的水处理三维电极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一掺杂金刚石颗粒的制备
先将核心材料表面种植纳米金刚石籽晶，然后将种植有金刚石籽晶的核心材料进行化学气相沉积生长掺杂金刚石薄膜即得掺杂金刚石颗粒，生长压力为 2-5Kpa，生长温度为800-850℃，生长次数为2-6次，每生长1次，将核心材料取出，摇晃核心材料后，再继续生长，单次生长的时间为3-6h，所述掺杂气源选自磷化氢、氨气、硼烷中的至少一种；
步骤二水处理三维电极的制备
将掺杂金刚石颗粒通过固定床或流化床组装成填料模组，掺硼金刚石平板电极为阳极电极，钛板为阴极电极即得水处理三维电极。
优选的方案，步骤一中，所述化学气相沉积为热丝化学气相沉积，热丝的温度为2500-2700℃。
优选的方案：步骤一中，掺杂方式为恒定掺杂时，所述化学气相沉积时，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2：0.3-0.6。
优选的方案，步骤一中，掺杂方式为梯度掺杂时，且掺杂浓度由内至外递增时，所述化学气相沉积时，生长次数为3次，控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2：0.1-0.3，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2：0.4-0.6，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2： 0.7-1.0，
优选的方案，步骤一中，掺杂方式为梯度掺杂时，且掺杂浓度由内至外递减时，所述化学气相沉积时，生长次数为3次，控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2：0.7-1.0，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2：0.4-0.6，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：掺杂气源＝98：2： 0.1-0.3。
优选的方案，步骤一中，将掺杂金刚石颗粒进行刻蚀处理，获得多孔结构的掺杂金刚石薄膜；所述刻蚀处理的过程为：先采用磁控溅射法在掺杂金刚石薄膜表面溅射金属镍，然后进行热处理。
另外可根据实际应用情况，在热处理结束后，采用沸腾的硝酸溶液，清除掉孔内镍颗粒。
进一步的优选，所述溅射金属镍的工艺参数为：通入氩气调节气压为1～3Pa，溅射电流250～350mA，溅射时间10～30s；溅射Ni层厚度为5-10nm，气压维持在7～15kpa。
进一步的优选，所述热处理的温度为800～900℃，热处理的时间为3～5h，通入气氛的质量流量比为H2:Ar＝1.5。
进一步的优选，所述硝酸溶液由浓硝酸与水按1～4：4体积比混合。
发明人发现，每生长3-6h，即降温，将载体颗粒取出，再升温至目标温度，分多次生长，可以对载体颗粒形成更好的包覆，最终所得掺杂金刚石颗粒的性能最优。
优选的方案，步骤一中，所述将核心材料表面种植纳米金刚石籽晶的过程为：将核心材料浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡≥30min，最后清洗、烘干即得，所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.01-0.1wt％。
优选的方案，步骤一中，将掺杂金刚石颗粒进行刻蚀处理，获得多孔结构的掺杂金刚石薄膜；所述刻蚀处理的过程包括高温气氛刻蚀处理、高温金属处理刻蚀、 等离子体刻蚀的至少一种。
优选的方案，步骤二中，所述固定床组装方式为：将若干掺杂金刚石颗粒采用Nafion膜固定在所述阴极电极和所述阳极电极左右之间形成填料模组，或将若干金刚石颗粒采用Nafion膜固定形成模组，将其中所述作为阴极电极插入所述Nafion膜内，所述阳极电极设置在所述填料模组的右侧。
优选的方案，步骤二中，所述流化床组装方式为：将若干掺杂金刚石颗粒无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间，或将若干掺杂金刚石颗粒，装载在阴极电极框内，阳极电极插入所述阴极电极框内。
有益效果
本发明提供了一种水处理三维电极，以掺硼金刚石平板电极为阳极电极，钛板为阴极电极，掺杂金刚石颗粒为填料，填料通过组装构成填料模组；在本发明中，以掺杂金刚石颗粒为填料，其具有疏松多孔结构，极大的增加了电化学活性面积和可吸附面积，与此同时，由于阴极和阳极之间的电极化导致的填料产生微电流，从而使得本三维电极可以在较低的电压下获得较高的电流密度，从而提高了电催化产生活性中间体的性能。
本发明在生长过程中采用的是气相沉积的方式，以硼掺杂的金刚石薄膜为例，气相沉积制备多晶金刚石是通过将甲烷(CH4)、乙炔等碳氢化合物、氢气(H2)与硼烷通入到反应室中，气体浓度可调，且比例均匀，因此气相沉积的方法制备的掺硼金刚石薄膜掺B均匀性较高，且容易实现高B薄膜的制备，本发明通过采用多次生长的方式，且有效控制晶型结构以及薄膜的厚度，及掺杂量，最终使所得掺杂金刚石颗粒的性能最为优异。
附图说明
图1实施例1所制备的掺硼金刚石颗粒的微观结构图，其中图1(a)为单晶结构的含硼刚石包覆了多晶掺B金刚石薄膜后的SEM图。(b)多晶掺硼金刚石薄膜的放大图。(c)为多晶金刚石薄膜的拉曼图谱，
图2实施例1中填料模组的固定床组装方式，
图3实施例2中填料模组的固定床组装方式，
图4实施例3中填料模组的流化床组装方式，
图5实施例4中填料模组的流化床组装方式。
图6实施例9中所用三维电极的示意图，图中1、反应槽；2、阳极板；3、阴极板；4、电源；5、反应室；6、电极颗粒；7、进水口；8、出水口；9、曝气盘；10、导气管；11、供气结构；12、正极导线；13、负极导线。
图7实施例10中所用三维电极的示意图，图中，1、反应槽；2、电源；3、绝缘网板；4、阳极棒；5、阴极网筒；6、反应室；7、曝气室；8、颗粒电极；9、进水通道；10、曝气盘；11、导气管；12、供气结构；13、绝缘顶盖；14、引线孔；15、进水口；16、出水口。
具体实施方式
实施例1
步骤一掺杂金刚石颗粒的制备
(1)先将平均粒径为3mm的含硼金刚石颗粒清洗。
(2)浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡30min，清洗并烘干。放入所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.1wt％。
(3)采用热丝CVD沉积硼掺杂金刚石膜，沉积工艺参数：热丝距离6mm，生长温度为820℃，热丝温度2200℃，沉积压强4KPa，气体比例氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.5，通过控制沉积时间得到金刚石膜厚度10μm；生长次数为4次，每生长一次，将载体颗粒取出，摇晃载体颗粒后，再继续生长，单次生长的时间为4h，
图1(a)为单晶掺B金刚石包覆多晶掺B金刚石薄膜后的SEM图。(b)多晶薄膜的放大图。(c)为多晶金刚石薄膜的拉曼峰，在该峰重出现典型的B峰(479cm-1和1200cm-1)，石墨相较少(G峰：1530cm-1),且B浓度经过拟合大于1021cm-1，显示其为重掺B材料。
步骤二三维电极的复合
将称量直径为3mm的掺杂金刚石颗粒称取100g(总表面积为375cm2)采用Nafion膜固定在所述阴极电极和所述阳极电极左右之间形成填料模组，如图2 所示。以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极；然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液 1L，在保证降解电流为1.5A的情形下降解4小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗为19.8kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，可见，加入填料能耗降低36.1％。
实施例2
实施例2中掺杂金刚石颗粒的制备与实施例1相同，只是将掺杂金刚石颗粒采用Nafion膜固定形成模组，将其中所述作为阴极电极插入所述Nafion膜内，所述阳极电极设置在所述填料模组的右侧。如图3所示，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流为1.5A的条件下降解3.5小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗18kwh/m3,而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，吨水能耗较平板相比降低约41％。
实施例3
步骤一掺杂金刚石颗粒的制备
以3mm的球状结构的碳化硅作为核心材料，将其浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡30min，清洗并烘干。放入所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.01wt％。
采用热丝CVD沉积硼掺杂金刚石膜，沉积工艺参数：热丝距离6mm，生长温度为800℃，热丝温度2200℃，沉积压强3KPa，通过控制沉积时间得到金刚石膜厚度1μm；所述化学气相沉积时，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.3，生长压力为2Kpa，生长次数为2次，每生长一次，将载体颗粒取出，摇晃载体颗粒后，再继续生长，单次生长的时间为6h。
步骤二 三维电极的复合
称取直径3mm的掺杂金刚石颗粒100g无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间(如图4)，以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，降解4小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗约为21kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，能耗降低约33.12％。
实施例4
其他条件与实施例3相同，仅是所制备的掺杂金刚石颗粒所用核心材料为 10mm的球状结构的碳化硅。
称取直径10mm的掺杂金刚石颗粒100g无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间(如图4)，以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD 约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流为1.5A的情况下降解4小时， COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗约为26.7kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，能耗较不加入填料的二维电极相比降低约13.87％。
实施例5
其他条件与实施例3相同，仅是所制备的掺杂金刚石颗粒所用核心材料为1mm的球状结构的碳化硅。
称取直径1mm的掺杂金刚石颗粒100g，无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间(如图4)，以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD 约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流均为1.5A的条件下降解4小时， COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗为25.kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31kwh/m3，能耗较不加入填料的二维电极相比降低19.31％。
实施例6
步骤一掺杂金刚石颗粒的制备
以5mm的球状结构的钛作为核心材料，浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡30min，清洗并烘干。放入所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.1wt％。
采用热丝CVD沉积硼掺杂金刚石膜，沉积工艺参数：热丝距离6mm，生长温度为850℃，热丝温度2200℃，沉积压强4KPa，气体比例氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.5，通过控制沉积时间得到金刚石膜厚度2μm；生长次数为4次，每生长一次，将载体颗粒取出，摇晃载体颗粒后，再继续生长，单次生长的时间为 4h，
将掺硼金刚石颗粒进行刻蚀处理，获得多孔结构的掺硼金刚石薄膜；所述刻蚀处理的过程为：采用磁控溅射法在掺硼金刚石薄膜表面溅射金属镍，溅射金属镍的工艺参数为：通入氩气调节气压为3Pa，溅射电流350mA，溅射时间10s；溅射Ni层厚度为7nm，然后进行热处理，气压维持在12kpa，热处理的温度为 900℃，热处理的时间为3h，通入气氛的质量流量比为H2:Ar＝1.5。
步骤二三维电极的复合
称取直径5mm的掺杂金刚石颗粒100g，装载在所述阴极电极框内，所述阳极电极棒插入所述阴极框内(图5)。以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD 约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流均为1.5A的条件下降解4小时， COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗约为20.7kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，能耗较平板电极相比降低约33.2％。
实施例7
实施例7中以实施例1所制备的掺杂金刚石颗粒作为填料A以及实 施例3所制备的掺杂金刚石颗粒作为填料B，称取两种混合的掺杂金刚石颗粒100g，其中填料A和填料B的比例为1：1，无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间(如图4)，以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于 9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流均为1.5A的条件下降解4小时，COD 去除率达到99.9％，同时吨水能耗约为15.2kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，能耗几乎仅为不加入填料的二维电极的50.97％。
实施例8
步骤一
填料A：梯度增加掺杂金刚石颗粒的制备：
(1)先将平均粒径为250μm的含硼金刚石颗粒清洗。
(2)浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡30min，清洗并烘干。放入所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.1wt％。
(3)采用热丝CVD沉积硼掺杂金刚石膜，沉积工艺参数：热丝距离6mm，生长温度为850℃，热丝温度2200℃，沉积压强4KPa，生长次数为3次，单次生长的时间为5h，每生长1次，将载体颗粒取出，摇晃载体颗粒后，再继续生长，单次生长的时间为4h，得到金刚石膜厚度10μm；控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.2，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.5，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.8.
填料B:梯度递减掺杂金刚石颗粒的制备：
以4mm的球状结构的碳化硅作为核心材料，将其浸入含纳米金刚石的悬浊液中超声震荡30min，清洗并烘干。放入所述含纳米金刚石的悬浊液中，纳米金刚石的质量分数为0.01wt％。
采用热丝CVD沉积硼掺杂金刚石膜，沉积工艺参数：热丝距离6mm，生长温度为800℃，热丝温度2200℃，沉积压强3KPa，生长压力为2Kpa，生长次数为3次，每生长1次，将载体颗粒取出，摇晃载体颗粒后，再继续生长，单次生长的时间为4h，通过控制沉积时间得到金刚石膜厚度2μm；控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.8，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.5，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气：甲烷：硼烷＝98：2：0.2.
步骤二三维电极的复合
称取两种混合的掺杂金刚石颗粒100g，其中填料A和填料B的比例为1：1，装载在所述阴极电极框内，所述阳极电极棒插入所述阴极框内(图5)。以掺硼金刚石平板电极为阳极，以钛板为所述阴极，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流均为1.5A的条件下降解4小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗为 13.7kwh/m3，而不加入填料的二维电极吨水能耗为31kwh/m3，能耗还不到不加入填料的二维电极的一半。
实施例9
实施例9中掺杂金刚石颗粒的制备与实施例1相同，只是将掺杂金刚石颗粒采用Nafion膜固定在钛网笼之中构成一个模组单元，若干个模组单元叠加，正极连接模组连接处的钛板，负极连接模组的圆柱璧，如图6所示，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组单元六个叠加，所述钛网的总表面积为实施例1中所述钛网的六倍，所述填充掺杂金刚石颗粒的总表面积为2250cm2，降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流为1.5A的条件下降解3.5小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗10kwh/m3,而不加入填料的二维电极吨水能耗为31kwh/m3，吨水能耗较平板相比降低约67.8％。
实施例10
实施例10中掺杂金刚石颗粒的制备与实施例1相同，只是将掺杂金刚石颗粒填充在圆柱形钛网之中，所述圆柱型钛网分为阳极钛网，中间钛网，和阴极钛网，所述掺杂金刚石颗粒填充在阳极钛网和中间钛网之间以及中间钛网和阴极钛网之间，所述钛网的总表面积为实施例1中的两倍，填充的掺杂金刚石颗粒的总面积为750cm2。如图7所示，然后置于三维电解水体系中，用本实施例所述的模组降解初始COD约等于9000mg/L的葡萄糖溶液1L，在保证电流为1.5A的条件下降解3.5小时，COD去除率达到99.9％，同时吨水能耗12.3kwh/m3,而不加入填料的二维电极吨水能耗为31.00kwh/m3，吨水能耗较平板相比降低约60％。

Claims (6)

1.一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极，其特征在于：所述水处理三维电极，包含阳极、阴极，以及填料，所述填料为掺杂金刚石颗粒，所述掺杂金刚石颗粒包含核心材料，以及包覆核心材料的掺杂金刚石薄膜，其中掺杂元素选自硼、氮、磷、锂中的一种或多种；
所述掺杂金刚石薄膜中掺杂浓度＞1021cm-3，
所述掺杂金刚石薄膜的厚度为5nm-20μm，晶型结构为多晶；
所述核心材料选自单晶结构的100μm-500μm掺硼金刚石颗粒和球状结构的200nm-30mm的SiC颗粒；
当以掺硼金刚石颗粒作为核心材料时，包覆于核心材料表面的掺杂金刚石薄膜的掺杂方式为梯度掺杂，且掺杂浓度由内至外递增；当以SiC颗粒为核心材料时，包覆于核心材料表面的掺杂金刚石薄膜的掺杂方式为梯度掺杂，且掺杂浓度由内至外递减。
2.根据权利要求1所述的一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极，其特征在于：所述阳极为掺硼金刚石平板电极或钛网，所述阴极为钛板或钛网，所述填料通过组装构成填料模组。
3.根据权利要求1所述的一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极，其特征在于：所述掺杂金刚石薄膜为多孔结构的掺杂金刚石薄膜，所述掺杂金刚石薄膜中孔洞的孔径为10nm-200nm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一掺杂金刚石颗粒的制备
先将核心材料表面种植纳米金刚石籽晶，然后将种植有金刚石籽晶的核心材料进行化学气相沉积生长掺杂金刚石薄膜即得掺杂金刚石颗粒，生长压力为2-5Kpa，生长温度为800-850℃，生长次数为3次，每生长1次，将核心材料取出，摇晃核心材料后，再继续生长，单次生长的时间为3-6h，掺杂气源选自磷化氢、氨气、硼烷中的至少一种；
当掺杂浓度由内至外递增时，所述化学气相沉积时，生长次数为3次，控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.1-0.3，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.4-0.6，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.7-1.0，
当掺杂浓度由内至外递减时，所述化学气相沉积时，生长次数为3次，控制第一次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.7-1.0，控制第二次生长沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.4-0.6，控制第三段沉积过程中，通过气体的质量流量比为氢气∶甲烷∶掺杂气源＝98∶2∶0.1-0.3；
步骤二 水处理三维电极的制备
将掺杂金刚石颗粒通过固定床或流化床组装成填料模组，掺硼金刚石平板电极为阳极，钛板为阴极即得水处理三维电极。
5.根据权利要求4所述的一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极的制备方法，其特征在于：
步骤一中，将掺杂金刚石颗粒进行刻蚀处理，获得多孔结构的掺杂金刚石薄膜；所述刻蚀处理的过程包括高温气氛刻蚀处理、高温金属处理刻蚀、 等离子体刻蚀的至少一种。
6.根据权利要求4所述的一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极制备方法，其特征在于：
步骤二中，所述固定床组装方式为：将若干掺杂金刚石颗粒采用Nafion膜固定在所述阴极电极和所述阳极电极左右之间形成填料模组，或将若干金刚石颗粒采用Nafion膜固定形成模组，将其中所述作为阴极电极插入所述Nafion膜内，所述阳极电极设置在所述填料模组的右侧；
步骤二中，所述流化床组装方式为：将若干掺杂金刚石颗粒无固定情况下，夹在所述阳极电极和所述阴极电极上下之间，或将若干掺杂金刚石颗粒，装载在阴极电极框内，阳极电极插入所述阴极电极框内。
CN202111106654.9A 2021-09-22 2021-09-22 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法 Active CN113845183B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111106654.9A CN113845183B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法
PCT/CN2021/128996 WO2023045041A1 (zh) 2021-09-22 2021-11-05 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111106654.9A CN113845183B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113845183A CN113845183A (zh) 2021-12-28
CN113845183B true CN113845183B (zh) 2022-12-30

Family

ID=78974763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111106654.9A Active CN113845183B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113845183B (zh)
WO (1) WO2023045041A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115448424B (zh) * 2022-09-05 2023-11-21 湖南新锋科技有限公司 一种亚氧化钛-掺杂金刚石复合惰性膜电极及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005290403A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Kurita Water Ind Ltd 導電性ダイヤモンド粒子による電解方法及び導電性ダイヤモンド粒子の製造方法
CN106435518A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 中南大学 一种高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
CN110896141A (zh) * 2019-09-30 2020-03-20 深圳先进技术研究院 元素掺杂类金刚石薄膜修饰的电池负极及其制备方法和应用
CN111663113A (zh) * 2020-05-11 2020-09-15 江苏净钻环保科技有限公司 一种含dlc表面修饰层的超高比表面积梯度掺硼金刚石电极及其制备方法与应用
CN113278947A (zh) * 2021-05-27 2021-08-20 杭州超然金刚石有限公司 一种晶型金刚石掺氮半导体复合材料及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102225331B (zh) * 2011-04-03 2012-07-11 长安大学 一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法
CN102531252B (zh) * 2012-02-13 2013-08-21 中国科学院广州地球化学研究所 用于水体杀菌的三维电极和光催化联用的方法和装置及应用
JP6831215B2 (ja) * 2016-11-11 2021-02-17 学校法人東京理科大学 導電性ダイヤモンド粒子、導電性ダイヤモンド電極、及び検査装置
CN111514875A (zh) * 2020-05-06 2020-08-11 青岛理工大学 基于七氧化四钛催化颗粒的三维电极及其在污水处理中的应用
CN111485223B (zh) * 2020-05-11 2022-05-24 南京岱蒙特科技有限公司 一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005290403A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Kurita Water Ind Ltd 導電性ダイヤモンド粒子による電解方法及び導電性ダイヤモンド粒子の製造方法
CN106435518A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 中南大学 一种高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
CN110896141A (zh) * 2019-09-30 2020-03-20 深圳先进技术研究院 元素掺杂类金刚石薄膜修饰的电池负极及其制备方法和应用
CN111663113A (zh) * 2020-05-11 2020-09-15 江苏净钻环保科技有限公司 一种含dlc表面修饰层的超高比表面积梯度掺硼金刚石电极及其制备方法与应用
CN113278947A (zh) * 2021-05-27 2021-08-20 杭州超然金刚石有限公司 一种晶型金刚石掺氮半导体复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023045041A1 (zh) 2023-03-30
CN113845183A (zh) 2021-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11603594B2 (en) Boron doped diamond electrode and preparation method and applications thereof
CN111593316B (zh) 一种高比表面积超亲水的梯度硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
CN104962876B (zh) 石墨表面掺硼金刚石薄膜材料及其制备方法
CN113845183B (zh) 一种基于掺杂金刚石颗粒的水处理三维电极及其制备方法
CN107673332B (zh) 一种利用复合金属模板制备大面积3d石墨烯的方法
EP0272418B1 (en) Apparatus and process to condensate diamond
WO2011030495A1 (ja) 多結晶シリコン製造システム、多結晶シリコン製造装置および多結晶シリコンの製造方法
CN111663113B (zh) 一种含dlc表面修饰层的超高比表面积梯度掺硼金刚石电极及其制备方法与应用
CN111647874B (zh) 一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
CN1223514C (zh) 鳞状碳纳米管、制备方法和专用装置
CN111519163B (zh) 一种高导电长寿命高比表面积的硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
CN112144068A (zh) 一种隔膜法原位电催化熔盐电解合成硅纳米纤维的系统
CN112391650A (zh) 金属磷化物电解水制氢催化剂及其制备方法和用途
JPH0722018B2 (ja) 黒鉛電極の製造方法
CN114101660B (zh) 一种核壳结构的金刚石颗粒及其制备方法和应用
CN111304690B (zh) 一种硼硅共掺杂金刚石电极及其制备方法与应用
CN113897675B (zh) 一种掺杂金刚石颗粒及其制备方法与应用
CN113881929B (zh) 一种双面结构的金刚石-石墨烯薄膜及其制备方法和应用
CN113278947B (zh) 一种晶型金刚石掺氮半导体复合材料及其制备方法
CN110184586A (zh) 一种高品质的钛基掺硼金刚石薄膜电极的制备工艺
CN114574892A (zh) 一种以氧化物为模板瞬时高温合成过渡金属碳化物纳米阵列的方法
JPS6156163B2 (zh)
KR101369285B1 (ko) 2차원 나노구조의 텅스텐 카바이드 및 그 제조방법
CN113777142A (zh) 一种碳材料/金属修饰的掺杂金刚石颗粒集成传感器及其制备方法和应用
JP5463059B2 (ja) ダイヤモンド薄膜を被覆した炭素材料及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant