深度聊一聊碳材料在水处理中的应用(上)
能量净⽔机和陶瓷净⽔器等。RO反渗透净⽔机标配的是5级过滤,即:PP棉、颗粒炭、压缩炭、RO反渗透膜、后置活性炭(也称⼩T33)5级。
⼩⽶厨上式净⽔器(来⾃⼩⽶官⽹)
⼩⽶净⽔器⼯作原理⽰意图(来⾃⼩⽶官⽹)
众所周知,活性炭是⼀种⾮常优良的吸附材料,它是利⽤⽊炭、⽵炭、各种果壳和优质煤等作为原料,通过物理和化学⽅法对原料进⾏破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘⼲和筛选等⼀系列⼯序加⼯制造⽽成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性,可以有选择的吸附⾃来⽔中的各种物质,以达到脱⾊、除臭和去除化学污染以及挥发性有机物等⽬的,这⾥不再详述。
污⽔处理——BDD电极
BDD电极(来⾃⽹络)
⽬前农业⽤药和⼯业⽣产(例如重⾦属排放)是污染的主要源头。掺硼⾦刚⽯(boron-doped diamond: BDD)薄膜是⼀种新型的电极材料(⼀般是通过CVD法),在恶劣的电化学条件下⾮常耐⽤,在电化学传感器,电催化中具有良好的应⽤前景。
掺硼⾦刚⽯薄膜特殊的sp3键结构及其具有的导电性,赋予了⾦刚⽯薄膜电极优异的电化学特性,如⾼催化活性、宽的电化学势窗、较低的背景电流、较好的物理化学稳定性以及低吸附特性等。在⼀定程度上弥补了传统重⾦属电极的不⾜,有望在电化学合成、电化学分析、电化学⽔处理等领域得到⼴范应⽤。
BDD电极在对有机物进⾏电催化氧化过程中会发⽣两种氧化机制:直接氧化和间接氧化。直接氧化是利⽤电极所提供的能量使有机物失去电⼦⽽被氧化。间接氧化是在电极表⾯⽣成并物理吸附具有强氧化性和活性的羟基⾃由基·OH,通过电化学燃烧将有机物矿化为CO2和H2O。由于BDD 电极电催化活性⾼,易在电极表⾯产⽣·OH并具有很⾼的电流效率,因此其氧化机理主要为间接氧化的电化学燃烧。
⾦刚⽯薄膜制备技术是BDD电极制备技术的关键,通常采⽤CVD法。⽬前,CVD法已发展出⼗⼏种⽅法,其中研究最多、应⽤最⼴、发展最成熟的 4种CVD⼯艺,具体如下。
⼏种常⽤的CVD制备⽅法
其中热丝化学⽓相法制备的电极应⽤最为⼴泛,最⼤尺⼨可达到400mm×1200
mm(Customneo Coat®公司),微波等离⼦体法制备的电极最⼤尺⼨可达到D350 mm,直流等离⼦体喷射法可达到D300 mm。
⽬前BDD电极材料在污⽔处理中的⼯业应⽤还在起步阶段,国内尚未看到⼗分完整的产品,但很多科研单位都做过相关的研究⼯作,如中国科学院、上海交通⼤学、⼭东⼤学、浙江⼤学、哈尔滨⼯业⼤学、吉林⼤学、⼤连理⼯⼤学等。
国外已经看到了市场化相对⽐较成熟的产品,如Condias、W&L Coating Systems GmbH、IIa Technologies Pte Ltd、NeoCoat、SP3 Diamond Technologies、Advanced Diamond Technologies等。
来⾃IIa Technologies Pte Ltd
事实上BDD电极不但可以⽤于污⽔处理,也可以⽤于⽣物传感器、电分析等领域。同时⾦刚⽯电极也可以沉积在多种衬底上,如硅、⽯墨、碳化硅和⾦属等。
BDD涂层特性
厚度掺杂⽔平电阻率

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