本文選題：熱絲化學(xué)氣相沉積　切入點(diǎn)：硼摻雜金剛石薄膜電極　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：硼摻雜金剛石薄膜電極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,它具有較寬的電化學(xué)窗口、極低的背景電流、很高的穩(wěn)定性,是電化學(xué)氧化中陽極材料的最佳選擇之一,在電化學(xué)氧化領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。本文利用熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)的方法制備了不同尺度硼摻雜金剛石薄膜電極,并研究了其對(duì)密閉空間內(nèi)冷凝水和尿液的降解規(guī)律。以甲烷和氫氣為反應(yīng)前驅(qū)氣體,采用HFCVD法分別制備了微米級(jí)金剛石薄膜和納米級(jí)金剛石薄膜。考察了甲烷濃度、反應(yīng)壓力、襯底溫度等對(duì)薄膜質(zhì)量以及金剛石薄膜生長(zhǎng)速率的影響,建立了金剛石薄膜的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明甲烷濃度、反應(yīng)壓力、襯底溫度是金剛石薄膜生長(zhǎng)的主要影響因素。以乙硼烷作為硼源,分別制備了硼摻雜微米級(jí)金剛石薄膜(BDMCD)電極和硼摻雜納米級(jí)金剛石薄膜(BDNCD)電極。并以此為陽極,不銹鋼板為陰極,構(gòu)建了電化學(xué)催化氧化體系,降解模擬冷凝水和模擬尿液。BDMCD電極和BDNCD電極對(duì)模擬冷凝水的礦化效率均超過95%,而對(duì)模擬尿液的礦化效率均可達(dá)99%。研究表明,納米尺度的BDNCD電極相比微米尺度的BDMCD電極表現(xiàn)出了較慢的降解速率及氧化滯后性的微納尺度效應(yīng),其原因是納米尺度的BDNCD電極中含有大量的sp2碳,降低了其降解速率。模擬冷凝水電化學(xué)降解過程中,有機(jī)物首先被氧化成甲酸、乙酸、乙二酸等小分子酸,并且最終有機(jī)物只以乙二酸一種形式存在；模擬尿液電化學(xué)降解過程中,無機(jī)陰離子中的硫酸根不會(huì)被氧化,含氯化合物最終將被氧化成高氯酸鹽,含氮化合物將以硝酸鹽形態(tài)存在于最終溶液中。為深度處理電化學(xué)氧化后的溶液,耦合離子交換樹脂,以200mL模擬尿液為例,經(jīng)處理最終尾水TOC為7mg/L,電導(dǎo)率約為0.6μS/cm,整個(gè)反應(yīng)電化學(xué)過程能耗為0.096kWh,陰陽離子交換樹脂消耗量分別為26.9g。對(duì)于真實(shí)尿液,能耗及離子交換樹脂消耗量均有所增加,同樣以200mL真實(shí)尿液為例,經(jīng)處理最終尾水TOC為30mg/L,電導(dǎo)率約為0.7μS/cm,整個(gè)反應(yīng)電化學(xué)過程能耗為0.166kWh,陰陽離子交換樹脂消耗量分別為67.4g,可滿足密閉空間廢水再生回用的要求。盡管BDNCD電極降解速率略慢,其對(duì)模擬冷凝水和尿液的擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)降解速率常數(shù)僅分別為BDMCD電極的76.7%和69.9%,但BDNCD電極的使用壽命顯著提高。BDNCD電極加速壽命實(shí)驗(yàn)的使用壽命約為465h,比BDMCD電極高了32.6%,這是由于BDNCD電極的金剛石顆粒粒徑小,且其表面粗糙度僅為BDMCD電極的1/20。而據(jù)此推算其在實(shí)際電催化氧化模擬冷凝水和模擬尿液中的穩(wěn)定使用壽命分別可達(dá)約17年和1.6年,足以滿足密閉空間對(duì)電極更換周期的要求。
[Abstract]:Boron doped diamond thin film electrode has excellent electrochemical performance, it has wide electrochemical window, very low background current, high stability, and is one of the best choice of anode material in electrochemical oxidation. In this paper, boron doped diamond thin film electrodes with different scales have been prepared by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD). The degradation of condensate water and urine in confined space was studied. Micrometer diamond films and nanoscale diamond films were prepared by HFCVD method using methane and hydrogen as precursor gases. The concentration of methane and reaction pressure were investigated. The effect of substrate temperature on the quality of diamond film and the growth rate of diamond film are studied. The kinetic model of diamond film growth is established. The results show that methane concentration, reaction pressure, Using boron borane as boron source, boron doped micrometer diamond thin film (BDMCD) electrode and boron doped nanocrystalline diamond thin film (BDNCD) electrode were prepared. Electrochemical catalytic oxidation system was constructed by using stainless steel plate as cathode. The mineralization efficiency of simulated condensate water and simulated urine. BDMCD electrode and BDNCD electrode for simulated condensate water were higher than 95. 95% and 99% for simulated urine. Nano-scale BDNCD electrode shows a slow degradation rate and a micro-nano scale effect of oxidation lag compared with micron scale BDMCD electrode. The reason is that nanoscale BDNCD electrode contains a large amount of sp2 carbon. In the process of electrochemical degradation of simulated condensate water, organic compounds are first oxidized to small molecular acids such as formic acid, acetic acid and adipic acid, and the final organic compounds only exist in the form of adipic acid. In the process of simulating the electrochemical degradation of urine, the sulfate in inorganic anions will not be oxidized, and the chlorinated compounds will eventually be oxidized to perchlorates. The nitrogen-containing compounds will be present in the final solution in the form of nitrate. For advanced treatment solution after electrochemical oxidation, coupling ion exchange resin, taking 200mL simulated urine as an example, After treatment, the TOC of the tail water was 7 mg / L, the conductivity was about 0.6 渭 S / cm, the energy consumption of the whole reaction electrochemical process was 0.096 kWhand the consumption of anion and anion exchange resin was 26.9 g. For the real urine, the consumption of the ion exchange resin and the consumption of the ion exchange resin were increased. Also take 200mL's real urine as an example. After treatment, the TOC of tail water is 30 mg / L, the conductivity is about 0.7 渭 S / cm, the energy consumption of the whole reaction electrochemical process is 0.166 kWhand the consumption of anion and anion exchange resin is 67.4 g, which can meet the requirements of regeneration and reuse of sealed space wastewater, although the degradation rate of BDNCD electrode is a little slow. The pseudo-first-order kinetic degradation rate constants of simulated condensate water and urine were only 76.7% and 69.9% of that of BDMCD electrode, respectively, but the service life of BDNCD electrode was significantly increased by 465 h, which was higher than that of BDMCD electrode. This is due to the small diameter of diamond particles at the BDNCD electrode, The surface roughness of the electrode is only 1 / 20 of that of the BDMCD electrode. Based on this, the stable service life of the electrode in simulated condensate water and urine can be estimated to be about 17 years and 1.6 years, respectively, which is sufficient to meet the requirements of the electrode replacement period in the closed space.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703;TB383.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁中翥;梁靜秋;鄭娜;賈曉鵬;李桂菊;;摻氮金剛石的光學(xué)吸收與氮雜質(zhì)含量的分析研究[J];物理學(xué)報(bào);2009年11期

2 宋月清;夏揚(yáng);謝元鋒;林晨光;郭志猛;曲選輝;;金剛石熱管理材料的研究進(jìn)展[J];超硬材料工程;2010年01期

3 李蒙順;;金剛石的光學(xué)分恱[J];重型機(jī)械;1963年04期

4 王至炎;金剛石的光學(xué)選礦[J];建筑材料工業(yè);1963年05期

5 李繼業(yè);;金剛石浮選的理論分析[J];非金屬礦;1980年01期

6 陳昭威;提高燒結(jié)多晶金剛石質(zhì)量的途徑[J];人工晶體;1982年01期

7 ;電解回收金剛石的小結(jié)[J];青海地質(zhì);1978年02期

8 陳小安,王序進(jìn);淺談金剛石修整工具及其制造方法[J];磨料磨具與磨削;1986年06期

9 林增棟;金剛石表面的金屬化[J];磨料磨具與磨削;1987年02期

10 焦魁一;國(guó)外金剛石聚結(jié)體的研制技術(shù)[J];磨料磨具與磨削;1987年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉志杰;張衛(wèi);萬永中;王季陶;;氧原子在化學(xué)氣相淀積金剛石過程中的作用[A];第三屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1998年

2 廖道達(dá);陸德強(qiáng);劉文燕;邱君苑;;金剛石錦上添花[A];2005年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)第11屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議專輯[C];2005年

3 鄭云龍;楊志軍;曾祥清;艾群;彭明生;;金剛石典型表面形貌的形成與環(huán)境意義[A];2012年全國(guó)礦物科學(xué)與工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

4 王超;揭曉華;徐江;陶洪亮;魏菊;;雙陰極等離子濺射金剛石顯微結(jié)構(gòu)研究[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

5 郭宗山;;金剛石的成因與找礦[A];中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所文集（19）[C];1987年

6 喬培新;龍偉民;鐘素娟;李勝利;;預(yù)合金粉末與金剛石的擴(kuò)散連接[A];第十一次全國(guó)焊接會(huì)議論文集（第1冊(cè)）[C];2005年

7 廖道達(dá);陸德強(qiáng);劉文燕;邱君苑;;金剛石錦上添花[A];2005年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集第11屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議專輯[C];2005年

8 劉鵬;謝水生;李木森;郝兆印;程開甲;;新型碳源高溫高壓合成及外延金剛石[A];中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)合金加工學(xué)術(shù)委員會(huì)2008學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

9 楊志軍;彭明生;蒙宇飛;苑執(zhí)中;張恩;;鐵基合金-氫預(yù)處理石墨系高溫高壓合成金剛石的研究及其意義[A];中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

10 廖源;沈維康;王冠中;余慶選;馬玉蓉;方容川;;摻氮?dú)夥障翪VD金剛石的場(chǎng)致發(fā)射特性研究[A];第九屆全國(guó)發(fā)光學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王珊珊;金剛石薄膜電極的制備及其在鋁電解中的應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2014年

2 趙陽;摻硼金剛石電極對(duì)廢水毒性控制和污染物檢測(cè)性能評(píng)價(jià)[D];大連理工大學(xué);2015年

3 鄒萊;黑色金屬金剛石切削刀具磨損及其抑制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 許蓬子;金剛石材料逆向磨損去除加工的研究[D];吉林大學(xué);2016年

5 劉巖;基干金剛石色心的單光子產(chǎn)生及其熒光動(dòng)力學(xué)研究[D];華東師范大學(xué);2016年

6 崔巍;熔滲法制備金剛石/銅復(fù)合材料及其性能[D];北京科技大學(xué);2016年

7 王俊峰;金剛石NV色心的制備、相干性與溫度探測(cè)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

8 胡強(qiáng);生長(zhǎng)型金剛石聚晶的高溫高壓合成及其機(jī)理研究[D];吉林大學(xué);2016年

9 李浩;硼摻雜金剛石薄膜電極的制備及其在密閉空間廢水處理回用中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2016年

10 王艷輝;金剛石磨料表面鍍鈦層的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用[D];燕山大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 袁婷;華北地臺(tái)和揚(yáng)子地臺(tái)金剛石生長(zhǎng)過程的差異性及意義[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2009年

2 劉向紅;n型摻雜金剛石的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2011年

3 衛(wèi)陳龍;金剛石表面金屬化及金剛石/銅復(fù)合材料微波燒結(jié)工藝研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 吳東;高精度金剛石玻氏壓頭的設(shè)計(jì)方法及其機(jī)械研磨技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 李姝賢;金剛石表面處理對(duì)金剛石/鋁復(fù)合材料組織性能的影響[D];北京有色金屬研究總院;2015年

6 林佳志;摩擦化學(xué)拋光單晶金剛石的工藝研究[D];大連理工大學(xué);2015年

7 龍濤;熱管理用金剛石/銅復(fù)合材料的界面構(gòu)建及其組織與熱導(dǎo)率研究[D];南昌航空大學(xué);2014年

8 王松瑞;磁場(chǎng)作用對(duì)化學(xué)復(fù)合鍍Ni-P-金剛石影響機(jī)理研究[D];青島科技大學(xué);2015年

9 漆書桂;多層釬焊金剛石鉆頭的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

10 周爽;釬焊金剛石鉆頭微觀組織分析與鉆進(jìn)溫度場(chǎng)仿真[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2013年

，

本文編號(hào)：1660965