專利名稱：金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝，利用金剛石涂層電極材料的優越性能和寬的電位窗口等特點，采用金剛石涂層電極作為電解處理廢水的陽極或陰極。屬于環境技術和電化學領域。
背景技術：
電化學方法治理污水具有無須添加氧化劑、絮凝劑等化學藥品，設備體積小，占地面積少，操作簡便靈活等優點。但是電化學方法一直存在陽極損耗、析氧析氫等副反應的缺點，這大大限制了電解處理廢水的實際應用范圍。
眾所周知，金剛石材料具有優異的物理、化學性能，故用金剛石涂布的電極抗中毒、抗污染的能力很強，可以在強腐蝕的介質中長期穩定的工作，同時金剛石表面特有的生物惰性，使其特別適合用于具有生物活性的生活污水的處理；金剛石涂層電極在水溶液中的電位窗口寬達3V以上，比GC電極、HOPG電極和金屬電極具有更高的析氧過電位，在相同的電流密度下能高效率的產生·OH，從而使有機物快速地被具有強氧化性的自由基氧化，所以可以更好地用來處理一般電極難以處理含芳香基團等性能穩定的有毒污水；金剛石具有高硬度和高強度，可以忍受超聲空化效應對電極表面的強波沖擊。這種沖擊壓強可高達100大氣壓，因而，用金剛石涂覆的電極使用壽命長。在解決CVD摻硼工藝制成導電半導體涂層的基礎上，國外已有將金剛石電極作為電分析化學(J.Electroanalytical Chemistry，473(1999)179～185)，A.Fujishima等使用高摻硼金剛石電極作陽極，在維生素C存在下測定多巴胺和NADH，取得良好效果。但金剛石電極用于難降解廢水的研究尚未見報道。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種金剛石涂層電極處理難降解廢水的新工藝，利用金剛石涂層電極材料的優越性能和特點，克服一般陽極電極的溶解性及析氫析氧副反應，從而提供一種長壽命、低能耗、應用范圍廣的工業廢水治理的新電解方法。
本發明采用金剛石涂層電極作為電解處理廢水的陽極或陰極，選用以拋光硅片為襯底的普通摻硼金剛石涂層電極和以金屬鎢(W)和碳化硅(SiC)為襯底的納米摻硼金剛石涂層電極。電位窗口在3.54V～3.96V之間。
電解槽水平放置，CVD摻硼金剛石涂層電極與另一工作電極如鐵電極、鉑電極或CVD摻硼金剛石涂層電極等相互平行，兩電極垂直置于電解槽中，也可采用多組電極以串聯或并聯方式布局，從而增加裝置的處理能力。電解槽中鋪上2-5cm厚的固體催化劑(如活性炭)，使其在兩工作電極間發生極化，形成群電極微電池，從而提高電流效率。為提高導電性，溶液中可添加1.0g/L電解質，如無水硫酸鈉。電化學處理中采用外加直流電，電流密度控制在0.006～8A/cm2(電流密度過大或過小都會影響處理效果)。處理時間為2小時，分別在不同時間內取樣分析，在可見光區最大吸收峰處測吸光度，求色度去除率平均值，并測定各反應時間段的色度去除率和CODCr變化。
本發明所用的金剛石涂層電極是一種新的性能優越的電極材料。此電極在高的電負荷下，對化學、機械和熱具有耐久性，沒有明顯的腐蝕。和常規的碳電極相比，在0.006-8Acm2和通電1800小時后，電極的電活性仍然不變。另外金剛石涂層電極對水電解具有高的超電位，不象玻碳電極那樣在較低電位下表面就開始發生氧化還原反應，電位窗口寬，可在較高的電位下直接將染料分子中的芳香基團或廢水中的氰化物轉化為CO2，或產生·OH使染料分子聚合為疏水大分子從水中析出。本發明利用了金剛石涂層電極的這些性質，滿足了電化學法處理廢水的需求。采用做成平面或圓筒等多種形狀的金剛石涂層電極，可適合大工業廢水的處理需要。
具體實施例方式
在電解的過程中，陰極、陽極上均未有明顯的氣泡產生，說明普通金剛石薄膜電極的電位窗口較寬，使用1800h后，電極表面沒有明顯變化，能滿足試驗要求，節省能源。
在電解的過程中，陰極、陽極上均未有明顯的氣泡產生，說明這種納米金剛石涂層電極的電位窗口較寬，能滿足試驗要求，節省能源。
權利要求
1.一種金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝，其特征在于采用電位窗口在3.54V～3.96V之間的CVD摻硼金剛石涂層電極作為電解處理廢水的陽極或陰極，電解槽水平放置，金剛石涂層電極與另一工作電極相互平行，兩電極垂直置于電解槽中，電解槽中鋪上2-5cm厚的固體催化劑，溶液中添加1.0g/L電解質，外加直流電的電流密度控制在0.006～8A/cm2，處理時間為2小時。
2.如權利要求1所說的金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝，其特征在于所說的另一工作電極為鐵電極、鉑電極或CVD摻硼金剛石涂層電極。
3.如權利要求1或2所說的金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝，其特征在于所說的CVD摻硼金剛石涂層電極選用以拋光硅片為襯底的普通摻硼金剛石涂層電極或以金屬鎢、碳化硅為襯底的納米摻硼金剛石涂層電極。
全文摘要
一種金剛石涂層電極處理難降解廢水的工藝,采用性能優越、電位窗口較寬的CVD摻硼金剛石涂層電極作為電解處理廢水的陽極或陰極,電極相互平行并垂直置于電解槽中,電解槽中鋪上固體催化劑及溶液中添加電解質,以提高電流效率和導電性。本發明選用以拋光硅片為襯底的普通摻硼金剛石涂層電極或以金屬鎢、碳化硅為襯底的納米摻硼金剛石涂層電極,利用其優越的性能,滿足電化學法處理廢水的需求,具有能耗低、電極壽命長、應用范圍廣的優點。
文檔編號C02F1/461GK1336334SQ0112681
公開日2002年2月20日 申請日期2001年9月20日 優先權日2001年9月20日
發明者賈金平, 王亞林, 何賢昶, 張志明, 沈荷生, 沈璐 申請人:上海交通大學