掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置，涉及金刚石薄膜技术领域。掺硼金刚石薄膜，包括：掺硼金刚石微米层，表面有凸起的微米颗粒，和，掺硼金刚石纳米层，形成于所述掺硼金刚石微米层表面，表面有纳米颗粒；所述掺硼金刚石微米层与所述掺硼金刚石纳米层形成类荷叶多级次微纳结构。本发明专利技术的掺硼金刚石薄膜具有类荷叶多级次微纳结构，形成仿生超疏水表面，兼顾了过滤和电催化净化水的功能，为发展新一代野外生存供水系统奠定了基础。

Boron doped diamond film and its preparation method, oil-water separation element, water treatment electrode and its preparation method and water treatment device

【技术实现步骤摘要】
掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置
本专利技术涉及金刚石薄膜
，具体而言，涉及一种掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置。
技术介绍
在战场或灾害救援时，由于受交通运输等因素的制约，部队的饮水供给及饮水卫生常难以保证，当后方供应不足时，饮水主要依赖当地水源，就地取水。能作为野外饮用水的水源主要有山泉、溪流、湖泊和自然降雨等，然而这些水源中往往含有大量病菌、有机废物等对人体有害物质，必须经净化处理后才能饮用，否则会引发多种疾病，影响着整个部队作战能力的发挥，因此，野战供水保障问题成为世界性难题。由于部队在野外作战、演习以及抢险救灾等任务的多样性，对野外饮水设备除了要满足国家饮用水卫生要求外还有更高的要求。单兵野外饮水设备应具备的条件有：净水效果好，能够提供安全的饮用水；体积小、携带方便、操作简单；材料抗冲击性强、抗腐蚀性好，无毒副作用；水处理能力强，即滤即饮，所需压力小；过滤部件不易堵塞，方便清洗、更换。目前，我国市场上已有的可供野外生存的小型便携式净水器有以下缺陷：净水装置和储水装置分开设置，设备复杂；净水壶体积过大，质量较大，不便于随身携带；作为最核心过滤部件的滤芯较大，不便于更换，且净水效果不佳，不能完全去除水中的杂质污染物，对人体健康构成威胁等。近年来，金属、陶瓷和高分子分离膜作为净化水的重要材料备受关注，可通过表面刻蚀或者利用高分子材料进行改性诱导超疏水超亲油性质。这些方法虽然在一定程度上可以提高净化水的效率和净水器的使用寿命，但是在恶劣环境中污水成分复杂，化学需氧量高，常常具有强酸性或强碱性，导致一般的分离膜存在抗腐蚀性差、热稳定性差、易污染、不易清洗和无法重复使用等致命的缺点，限制了其在污水处理中的应用。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种掺硼金刚石薄膜，利用该掺硼金刚石薄膜制备的水处理装置至少能够解决上述所提及问题中的一个。本专利技术的目的之二在于提供一种包含上述掺硼金刚石薄膜的油水分离元件，由于上述掺硼金刚石薄膜具有超疏水性，因此，实现油水的快速分离。本专利技术的目的之三在于提供一种包含上述掺硼金刚石薄膜的水处理电极，该水处理电极通电后作为阳极能够起到杀菌和降解水中有机物的作用。本专利技术的目的之四在于提供一种包含上述水处理电极的水处理装置，该水处理装置具有净水效果好，抗腐蚀性好，体积小，方便携带清洗的特点。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种掺硼金刚石薄膜，包括：掺硼金刚石微米层，表面有凸起的微米颗粒，和，掺硼金刚石纳米层，形成于所述掺硼金刚石微米层表面，表面有纳米颗粒；所述掺硼金刚石微米层与所述掺硼金刚石纳米层形成类荷叶多级次微纳结构。一种掺硼金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供基体，先在所述基体上制备掺硼金刚石微米层，再在所述掺硼金刚石微米层表面制备掺硼金刚石纳米层后，在所述基体上得到所述掺硼金刚石薄膜。一种油水分离元件，包括网状基体和形成于所述网状基体表面的掺硼金刚石薄膜。一种水处理电极，包括电极基体和形成于所述电极基体表面的掺硼金刚石薄膜。一种水处理电极的制备方法，提供经预处理后的电极基体，在所述电极基体表面制备所述掺硼金刚石薄膜，得到所述水处理电极。一种水处理装置，包括盛水腔和放置于所述盛水腔内的水处理电极。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种荷叶仿生多级次微纳结构的掺硼金刚石薄膜，即具有微米和纳米晶粒复合的掺硼金刚石薄膜，该微纳结构的形貌类似于荷叶的表面形貌，有一个个微米尺寸凸起(对应本专利技术的掺硼金刚石微米层表面的微米颗粒)，微米尺寸凸起的表面有纳米乳突结构(对应本专利技术的掺硼金刚石纳米层表面的纳米颗粒)，达到超疏水的效果，可以实现自清洁、油水分离等功能，且掺硼金刚石化学性质稳定，抗磨损冲击能力和抗耐腐蚀性强，寿命长；同时，由于掺硼金刚石薄膜在通电的情况下可以作为阳极，在水中产生强氧化性物质如·OH、O3、H2O2等将有机物氧化生成CO2和H2O以及一些小分子的中间产物，从而起到有效杀菌、降低有机废物含量的目的。本专利技术提供的油水分离元件，是通过在网状结构的基体表面设置上述掺硼金刚石薄膜，利用掺硼金刚石薄膜的超疏水性和超亲油性实现油水的分离。该油水分离元件具有抗腐蚀和油水分离效果好的优点。本专利技术提供的水处理电极，是通过在电极基体表面设置上述掺硼金刚石薄膜，在通电情况下在水中产生强氧化物质，从而达到杀菌降污的作用，进而达到饮用水的标准。该水处理电极，具有体积小，抗腐蚀，无副作用，净水效果好的优点。本专利技术提供的水处理装置，包括上述水处理电极，由于水处理电极表面的掺硼金刚石薄膜具有超疏水性和杀菌特性，因此，利用该水处理电极制备得到的水处理装置具有净水效果好，能够提供安全的饮用水；体积小、携带方便、操作简单；材料抗冲击性强、抗腐蚀性好，无毒副作用；水处理能力强，即滤即饮，所需压力小；过滤部件不易堵塞，方便清洗、更换的优点。该水处理装置具备野外饮水设备的全部条件，完全能够满足野外引水的要求，因此，为野战供水保障问题提供了一个可靠的解决方案。附图说明图1为本专利技术实施例1的水处理电极的结构示意图；图2为本专利技术利用实施例1提供的水处理电极进行水处理前期后期，水中死亡细菌的情况对照图；其中(a)为处理前期水中的细菌死亡数，(b)为处理后期水中的细胞死亡数。图标：10-电极基体；20-掺硼金刚石微米层；21-微米颗粒；30-掺硼金刚石纳米；31-纳米颗粒。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。一方面，本专利技术提供了一种掺硼金刚石薄膜，包括：掺硼金刚石微米层，表面有凸起的微米颗粒，和，掺硼金刚石纳米层，形成于所述掺硼金刚石微米层表面，表面有纳米颗粒；所述掺硼金刚石微米层与所述掺硼金刚石纳米层形成类荷叶多级次微纳结构。本专利技术提供的荷叶仿生多级次微纳结构的掺硼金刚石薄膜，即具有微米和纳米晶粒复合的掺硼金刚石薄膜，该微纳结构的形貌类似于荷叶的表面形貌，有一个个微米尺寸凸起(对应本专利技术的掺硼金刚石微米层表面的微米颗粒)，微米尺寸凸起的表面有纳米乳突结构(对应本专利技术的掺硼金刚石纳米层表面的纳米颗粒)，达到超疏水的效果，可以实现自清洁、油水分离等功能，且掺硼金刚石化学性质稳定，抗磨损冲击能力和抗耐腐蚀性强，寿命长；同时，由于掺硼金刚石薄膜在通电的情况下可以作为阳极，在水中产生强氧化性物质如·OH、O3、H2O2等将有机物氧化生成CO2和H2O以及一些小分子的中间产物，从而起到有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺硼金刚石薄膜，其特征在于，包括：/n掺硼金刚石微米层，表面有凸起的微米颗粒，和，/n掺硼金刚石纳米层，形成于所述掺硼金刚石微米层表面，表面有纳米颗粒；/n所述掺硼金刚石微米层与所述掺硼金刚石纳米层形成类荷叶多级次微纳结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺硼金刚石薄膜，其特征在于，包括：
掺硼金刚石微米层，表面有凸起的微米颗粒，和，
掺硼金刚石纳米层，形成于所述掺硼金刚石微米层表面，表面有纳米颗粒；
所述掺硼金刚石微米层与所述掺硼金刚石纳米层形成类荷叶多级次微纳结构。


2.根据权利要求1所述的掺硼金刚石薄膜，其特征在于，所述微米颗粒的尺寸为1-10μm，优选为2-7μm；
优选地，掺硼金刚石纳米层的厚度为10-800nm，优选为20-200nm。


3.一种权利要求1或2所述的掺硼金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基体，先在所述基体上制备掺硼金刚石微米层，再在所述掺硼金刚石微米层表面制备掺硼金刚石纳米层后，在所述基体上得到所述掺硼金刚石薄膜。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供基体，先在基体上进行低密度植晶，然后利用化学气相沉积法生长掺硼金刚石微米层；
b)在掺硼金刚石微米层表面进行高密度植晶，然后利用化学气相沉法生长掺硼金刚石纳米层；
其中，进行低密度植晶的植晶密度为104-108个/cm2，优选(2-3)×106个/cm2；进行高密度植晶的植晶密度为109-1012个/cm2，优选为(1-7)×1011个/cm2；
优选地，所述步骤S1)中，进行低密度植晶的方法包括：将基体浸于金刚石悬浮液Ⅰ中进行植晶，通过调控金刚石悬浮液Ⅰ的zeta电位，使金刚石悬浮液Ⅰ中的纳米金刚石颗粒与基体表面电性相同实现低密度植晶；
优选地，所述金刚石悬浮液Ⅰ包括纳米金刚石粉、阴离子表面活性剂和水，所述金刚石悬浮液Ⅰ中，所述纳米金刚石粉的质量占比为0.003-0.3％，所述阴离子表面活性剂的摩尔浓度为10-6-10-3mol/L，所述金刚石悬浮液Ⅰ的pH为5-7；
优选地，所述阴离子表面活性剂为草酸或柠檬酸；
优选地，所述低密度植晶的方式为：将基体放入金刚石悬浮液Ⅰ中超声20-60min后取出干燥，优选干燥方式为用氮气吹干；
优选地，所述步骤S1)中，利用热丝化学气相沉积法完成掺硼金刚石微米层的生长；
优选地，所述热丝化学气相沉积的工艺方法包括：通入甲烷、氢气和硼烷作为反应气体，反应气体流量为500-1000sccm，甲烷和硼烷气体流量占总流量的1-3％，灯丝功率5000-9000W，丝样距离7-15mm，沉积压强1000-...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，王陶，黄磊，李星星，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44