BDD电极在难降解废水处理中的应用研究进展

介绍了BDD电极的电化学特性、氧化机理及制备技术。重点总结了BDD电极在酚类、染料、农药、医药等难降解模拟废水和垃圾渗滤液、印染、制药、城镇污水处理厂出水等实际废水中的应用研究进展。提出开发大面积BDD电极制备技术,提高电极电催化性能和稳定性,增强基底附着力,开发组合工艺技术是未来BDD电极实现工业化应用的研究方向。     

Ti/BDD涂层电极的制备及其电化学性能研究

本文在热丝化学气相沉积(HFCVD)系统上,采用不同的工艺参数进行了钛衬底掺硼金刚石(Ti/BDD)涂层电极的制备试验,研究了衬底温度和碳源浓度对Ti/BDD涂层电极质量的影响,优化了制备Ti/BDD涂层电极的工艺条件.结果表明,沉积Ti/BDD涂层电极最合适的衬底温度为770 ℃,最适宜的C/H为2.0%.采用循环伏安法研究了用优化的工艺参数制备的Ti/BDD涂层电极的电化学性能,结果表明Ti/BDD涂层电势窗口宽、析氧电位高、背景电流小,是一种有广阔应用前景的电极材料.     

硼掺杂金刚石电极在废水处理中的应用进展

硼掺杂金刚石(BDD)电极因其具有很宽的电化学势窗,较高的化学稳定性,近年来被广泛应用于电化学氧化废水处理中,并已取得优异的降解效果。本文针对BDD电极的制备方法、BDD电极在废水处理中的应用以及BDD电极电化学氧化有机物的机理展开论述与总结,为其工业化应用提供思路。     

新型多孔Ti/BDD薄膜电极电化学氧化降解低浓度茜素红

运用热丝化学气相沉积（HFCVD）的方法制备了以多孔钛为基体的掺杂硼金刚石（porous Ti/BDD）薄膜电极,并测试了它的主要物理性质,SEM表明金刚石相生长良好并且能均匀地分布在基体表面和孔内,Raman光谱表明电极的金刚石相纯而且质量很高。采用循环伏安法研究了酸性条件下茜素红在多孔Ti/BDD电极上的电氧化行为。通过改变阳极电流密度、支持电解质Na2SO4的浓度来研究茜素红在多孔Ti/BDD电极上的电化学氧化降解的效果影响。结果表明：电流密度40 mA/cm2、支持电解质浓度0.5 mol/L为较理想的工艺参数,总电流效率达到30.2%。在相同条件下,发现多孔Ti/BDD薄膜电极氧化降解茜素红与平板Ti/BDD薄膜电极相比具有更高的电流效率。紫外可见光光谱证实了多孔Ti/BDD电极能够有效地电氧化降解茜素红。     

BDD电极修饰及其在生物传感器中的应用进展

生物传感器已被广泛应用于对痕量有机物和生物大分子等物质的检测中,提高生物传感器的检测准确性、检测范围、灵敏度等检测性能是近年来的重点研究内容。掺硼金刚石（BDD）电极基于其优异的物化性质,是目前生物传感器理想的基底材料之一,但其存在价格昂贵、传感性能不高等问题,而化学修饰是提高BDD电极传感性能的有效途径。系统论述了吸附法、共价键结合法和电沉积法3种当前主流的BDD基底修饰方法,在阐述其反应机理的基础上,总结了不同方法所修饰的BDD电极在生物传感器中的应用,并深入分析了各修饰方法的优势和不足。最后,总结了BDD电极作为基底材料应用于生物传感器领域中存在的问题,并展望了未来的重点发展方向,以期为BDD电极的修饰和潜在的实际应用提供新思路。     

基于大面积BDD电极的废水降解研究

采用HFCVD方法制作了大面积Ti衬底掺硼金刚石(BDD)电极,并通过SEM、Raman等手段对BDD涂层形貌和质量进行了表征。以模拟苯酚废水作为研究对象,考察大面积BDD电极作为阳极材料的电化学方法对难降解酚类物质的降解速率和效果,主要研究了电流密度、槽压、电极间距、溶液pH值等因素对降解效果的影响,通过检测废水CODCr浓度的变化来探究不同试验条件下BDD电极对苯酚模拟废水的处理效果。结果表明,当电流密度在40~100 mA/cm~2、槽压为8~10 V、电极间距为10 mm、以及弱酸条件下对苯酚废水的处理效果最好。     

不同基底BDD电极对模拟染料废水的降解脱色试验

在Si、Ta、SiC、Ti四种不同的基底上通过热丝化学气相沉积法分别生长了掺硼金刚石（BDD）薄膜。试验对BDD膜层的微观形貌、电极的电化学性能进行了研究。四种基底的BDD电极均具有较宽的电位窗口;Ta—BDD和SiC—BDD晶体形貌完整;Ta—BDD和Ti—BDD具有较好的膜基附着力,具有较长的寿命。试验表明,使用12h后,Ta—BDD与Ti—BDD仍具有良好的电解性能,微观形貌完整,而Si—BDD和SiC—BDD分别使用4h和6h后,膜层便开始脱落。试验测定了Ta—BDD电极对活性艳红X-3B模拟染料废水的降解脱色效果,考察了不同条件（槽电压、电解质浓度、电解质种类及pH）对脱色效果的影响。结果表明：在酸性介质中,当硫酸钠浓度为2．5s／L时,经过120min电解,模拟废水中的染料可脱除至1％以下。NaCl作为支持电解质时,相比于Na2SO4对废水色度的脱除具有更强的作用。     

基底材质对于BDD电极电解含溴水时溴酸盐生成的影响

以市售常见的3种不同基底BDD电极(Ta/BDD、Nb/BDD、Si/BDD)为阳极构建电化学氧化体系,分别采用XRD、SEM实验对3种电极的薄膜晶体组分和表面形态进行考察;采用循环伏安实验(CV)和计时电量实验(CC)方法对3种电极在含溴(Br~-)化物溶液体系中的电化学行为进行表征;分别采用水杨酸(SA)和2,6-二氯靛酚钠(DCIP)作为探针物质,分别对主要的电生活性物质羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O~-_2)产率进行捕获测定;利用电解模拟含Br~-水实验,考察初始Br~-浓度、电流密度和pH等实验条件对3种电极作用下Br~-转化反应速率的影响。结果表明,采用相同气相沉积工艺制备的3种电极,基底元素与C元素均通过相互熔合的方式向薄膜中引入了合金成分,这些成分的电阻率影响了电极的电化学性质。由于薄膜成分的不同,使得3种电极的电势窗口、反应电子数n及表面余量Γ_0等电化学特性表现出一定的差异,其中电势窗口和n均表现为Ta/BDD电极最大,而3种电极的Γ_0值差异相对不显著。BDD电生自由基以·OH为主,其数量较·O~-_2多;3种电极电生速率高低依次为Ta/BDDNb/BDDSi/BDD电极。不同操作条件下电解含Br~-水实验发现,Ta/BDD电极与其他两电极相比有更强的氧化性,可能更易促使Br~-向高价态转化。     

钌铱电极与BDD电极处理以氯化钠为电解质的染料废水的对比研究

本文以钌铱电极和BDD电极为研究对象,以氯化钠为电解质,考察了两种电极对染料废水中难降解有机物的去除差异,研究电流密度、pH值和氯化钠浓度对染料去除的影响,探究染料降解过程中的自由基贡献。结果表明：钌铱电极和BDD电极均能有效去除染料,但BDD电极的效率更高。最适宜的去除条件为电流密度为10mA/cm²、pH值为5和氯化钠浓度为2g/L,此条件下反应速率常数可达2.964min^-1。·OH被证实对污染物的去除贡献最大。     

硼掺杂金刚石膜电极电氧化降解对氯苯酚废水

采用循环伏安法研究了中性介质中对氯苯酚在硼掺杂金刚石(BDD)膜电极上的电氧化行为。提出了一种以BDD膜电极为阳极的电化学氧化降解对氯苯酚废水的新工艺,考察了阳极电流密度、对氯苯酚初始浓度、电解液初始pH、支持电解质浓度等工艺因素对电氧化降解效果的影响。结果表明:在阳极极化电位为1.4～1.6V(vs.SCE)时,对氯苯酚在BDD膜电极表面发生直接电氧化反应,生成易吸附的中间产物,导致电极活性降低;在阳极极化电位高于2.0V(vs.SCE)时,BDD膜电极能够良好地电氧化降解对氯苯酚溶液,该过程是通过直接电氧化过程与间接电氧化过程联合作用实现的。通过考察若干工艺因素对对氯苯酚电氧化降解效果的影响发现,较为理想的工艺参数组合为,阳极电流密度60mA·cm-2、支持电解质浓度10g·L-1、对氯苯酚初始浓度10mmol·L-1、电解液初始pH7。在该工艺条件下,COD去除率达到96.1%,平均电流效率为50.2%。高效液相色谱证实了BDD膜电极能有效地电氧化降解对氯苯酚。     

多种电极电氧化深度处理焦化废水生化出水的研究

考察了电氧化方法处理焦化废水生化出水的效果和可行性。选取3种不同类型的阳极材料(BDD电极、亚氧化钛电极和钌钛电极)进行电氧化评价,考察了电流密度、溶液初始pH和废水流速对反应结果的影响。结果表明,3个因素对3种电极氧化效果的影响趋势是一致的,从电氧化能力来看,BDD电极电氧化能力最强(COD去除率>95%),亚氧化钛电极次之(COD去除率维持在60%左右),最差的是钌钛电极(COD去除率保持在45%左右)。     

苯酚在硼掺杂金刚石薄膜电极上的电化学行为研究

对苯酚在硼掺杂金刚石(Boron-doped diamond,BDD)薄膜电极上的电化学行为进行了研究,采用三电极体系以BDD电极为工作电极,利用循环伏安法研究了苯酚在电极上的电化学氧化过程。研究发现,苯酚在电极上的氧化反应为完全不可逆的电氧化反应,受扩散控制,多次循环伏安扫描后苯酚在电极表面易发生聚合形成聚合物薄膜,导致氧化峰电流下降,但在高于水的分解电压条件下电解,该聚合物薄膜可以被氧化分解,电极恢复活性。     

BDD电极差分脉冲伏安法检测Cr(Ⅵ)离子

以氢气和甲烷为生长源,硼烷作掺杂源,采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)制备掺硼金刚石(BDD)薄膜电极,通过扫描电镜、拉曼光谱对其表面形貌、组成及结晶质量进行分析。将BDD电极作为工作电极,通过差分脉冲阳极溶出伏安法检测溶液中痕量Cr(Ⅵ)浓度。结果表明,BDD电极膜材中金刚石晶粒间密实均匀。而电极差分脉冲吸附溶出伏安法检测Cr(Ⅵ)信号在0.19×10-3~3.85×10-3mol/L范围内呈线性关系,电极检测限达到0.27×10-6mol/L。加入干扰离子后检测效果依然良好。最后,通过实验表明电极在pH=2时检测Cr(Ⅵ)效果较好。     

Pb~(2+)在掺硼金刚石膜电极上的电化学行为

为了充分发挥掺硼金刚石膜(BDD)电极在分析检测工业废水中重金属离子的优势,利用BDD电极作为工作电极,采用线性扫描阳极溶出伏安法测定水溶液中的铅离子,考察了硝酸、硫酸、高氯酸、盐酸4种酸体系对铅离子分析测试的影响。结果发现,在实验室条件下检测铅离子最优的支持电解质体系是硫酸,并且与其他3种酸(硝酸、盐酸、高氯酸)相比,硫酸更加稳定,不具挥发性。     

对乙酰氨基酚在硼掺杂金刚石薄膜电极上的电化学行为及测定

硼掺杂金刚石(BDD)薄膜电极是用于电化学分析的理想电极材料。采用循环伏安法研究了BDD电极上对乙酰氨基酚的电化学行为。研究发现,对乙酰氨基酚的氧化反应为不可逆电氧化反应,氧化峰电流与扫描速率的平方根成正比,受扩散控制。通过优化循环伏安测试参数建立了BDD电极上对乙酰氨基酚的测定方法,优化后测试参数为扫描速率10 mV/s,电压扫描范围为-1.0~2.0 V(vs.Ag/AgCl),扫描1次,扫描步长2.44 mV,得到氧化峰电流值与对乙酰氨基酚浓度在10.0~500.0 mg/L范围内呈线性关系,线性回归曲线为Y=1.279 34×10~6X+5.696 73,r=0.999 79。对本测定方法进行了精密度、稳定性和回收率的方法学考察,测定结果令人满意。     

有机废水电化学氧化阳极材料的研究进展

阳极材料是电化学氧化法处理有机废水的关键.综述了贵金属电极、碳素电极、钛基金属氧化物电极和合成掺硼金刚石(BDD)薄层电极在内的常用阳极材料的性能,并对有机废水电化学氧化阳极材料的发展趋向进行了展望.     

用于航天器冷凝水处理的硼掺杂金刚石电极的制备及应用

近日，浙江大学工业生态与环境研究所研究人员发表论文，旨在通过电化学催化氧化技术，将硼掺杂金刚石（BDD）电极高效应用于航天器冷凝水的处理工作中。研究指出，制得的BDD电极与二氧化铅电极相比，无论是在稳定性还是处理效率方面，都具有显著的优势。该文发表在2013年第3期《航天医学与医学工程》杂志上。     

掺硼金刚石电极处理双酚A模拟废水的研究

以双酚A(BPA)为代表的环境内分泌干扰物的广泛使用带来了环境污染和生态健康风险。本实验以BPA为研究对象,对比了BDD电极、Ru O2电极与自制的Ti/Sn O2-Sb和Ti/Sn O2-Sb/Pb O2电极在硫酸钠电解质中电催化降解BPA的效果,研究了电流密度、电解质浓度等因素对BPA降解的影响。结果表明,BDD电极相比于Sn O2、Pb O2和Ru O2电极,对内分泌干扰物BPA电化学处理效果更好;以BDD电极为阳极,Ti板为阴极,电流密度为5m A/cm2,电解质浓度为0.05M Na2SO4时,20mg/L的BPA溶液在两小时内的去除率达到90%以上,TOC的去除率达到56%左右;电流密度增大,去除效果提高,但是电流效率下降;增加Na2SO4的浓度有助于BPA的降解过程。     

TiO_2修饰BDD复合电极材料的制备及性能

采用水热法在掺硼金刚石(Boron-doped diamond,BDD)薄膜衬底上修饰纳米棒状TiO_2,制备出具有p–n异质结结构的复合层状薄膜材料,通过环氧树脂封装制备成电极。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对其形貌和物相进行表征,并在不同条件下对活性艳红X-3B模拟染料废水进行了降解。结果表明:TiO_2纳米棒团聚而成的纳米束排列均匀、致密,与BDD薄膜结合紧密,TiO_2为金红石相。由于二者光电协同效应,与TiO_2单独光催化、BDD电极单独电化学氧化比较,采用该复合电极对活性艳红X-3B模拟染料废水的降解效率得到进一步提升。     

硼掺杂金刚石电极电解水制备臭氧技术研究

以硼掺杂金刚石(BDD)为电极,设计出膜电极一体化(MEA)反应器,采用SEM、XRD及Raman光谱等技术对电极进行表征分析,考察了电极材料、电流密度、电解液流速及电导率对臭氧产生性能的影响。结果表明,BDD电极是结晶度良好、高纯度的金刚石晶体,产生臭氧的最佳条件为:电流密度33 mA/cm²,电解液流速15 mL/min、电导率1μS/cm。在此条件下,臭氧产量为29.1 mg/h,产生臭氧的电流效率高达48.73%,能耗低至115 W·h/g。