本发明专利技术属于电化学技术领域，涉及一种降解有机污染物的新型电极材料制备方法，制备的用于降解有机污染物的电极材料为钛基体、钽中间层和金刚石薄膜顺序包覆式结构，钛基体表面上包覆有与基体密合的钽中间层，钽中间层外侧面上沉积有硼掺杂金刚石薄膜；其中钛基体纯度质量百分比不小于９９％，复合钽中间层的厚度为１μｍ，以保护钛基体，抑制ＴｉＣ的生长，延长电极使用寿命；硼掺杂金刚石薄膜的电阻率为１０９～１０１２Ω.ｃｍ控制硼掺杂量制备导电性的金刚石薄膜电极；其工艺过程简单，安全可靠，制备的电极材料性价比高，电势窗口宽和降解效果好，沉积钽中间层使金刚石薄膜在电解过程中不易脱落，金刚石薄膜电极的稳定性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学
，涉及一种降解有机污染物的新型电极材料制备方 法，该方法制备的电极材料适用于有毒、难降解的高浓度有机污染物废水的电化学处理。
技术介绍
随着工业的高速发展，进入水体的化学合成有机物的数量和种类急剧增加，导致 废水中的有机物含量高、成分复杂、有毒有害、难生物降解等特点，造成水资源的严重污染， 已经威胁到了人类的生存与发展。目前的污水处理技术主要包括物理处理法、化学处理法 和生物处理法，这些处理方法有着各自的优越性，同时也存在着一些不足之处。特别是对于 那些有毒且难生物降解的有机化合物，这些方法大部分都不合适。如何及时有效的处理难 生物降解有机污染物已成为环保及工业界关注的焦点。化学处理法中的电催化氧化技术通 过电化学催化系统产生的氧化性极强的羟基自由基与有机物之间的加成、取代和电子转移 等过程使有机污染物降解、矿化，最后完全氧化成二氧化碳和水，该方法对生物难降解的有 机污染物具有较强的氧化能力，具有无二次污染、易建立密闭循环等优点，在水处理界倍受 青睐。在电催化反应过程中，电极材料处于“心脏”地位，是实现电化学反应及提高电解效 率的关键因素。因此，寻找和研制催化活性高、导电性好、耐腐蚀、寿命长的阳极材料以降低 处理成本是研究的热点和重点。目前所使用的一些常用的电极材料，如石墨电极，对有机物的催化氧化能力差， 电流效率低；贵金属如Pt，Au等电极成本高且易被含硫有机物等物质毒化而丧失其电 催化性能，导致氧化电流效率急剧下降，难以应用于实际工程中。文献(C.Comninellis， Preparation OfSnO2-Sb2O5 Films by the Spray Surpluses Technique.J.Appl. Electrochem.，1996，26 83)比较了二十多种不同有机物在Pt/Ti和Sn02_Sb205/Ti阳极上 的氧化，发现在后者上氧化的电流效率要远高于前者。但总的来说，钛基金属氧化物阳极 的电催化直接氧化由于产生的羟基自由基不多，处理效率并不理想。近年来，金刚石膜电 极由于具有非常宽广的电势窗口，很高的氧过电位，在水处理行业引起广泛关注。公开号 为CN 1336334A的中国专利技术专利描述了以抛光硅片为衬底的掺硼金刚石膜电极用于处理 废水，处理效果较好，但硅存在机械性能差、电导率低等缺点。文献(高成耀等，Ta/BDD薄 膜电极电化学催化氧化硝基酚，物理化学学报，2008，Vol 24, No 11，1988)介绍了一种以 钽(Ta)衬底的掺硼金刚石膜电极，具有较宽的电势窗口和良好的稳定性，但Ta金属高昂的 价格很难使它获得推广应用。相比而言，钛(Ti)具有价格低廉和机械强度高等优点，文献 (F. Beck,W. Kaiser,H. KrohniBoron doped diamond (BDD)-layers ontitanium substrates as electrodes in applied electrochemistry,Electrochimica Acta，2000，45 :4691)利 用Ti为衬底的掺硼金刚石膜电极进行废水处理，表现出良好的降解效果，但文献(霍思涛， 硼掺杂钛基金刚石薄膜电极的制备研究，2006，天津理工大学)对钛基金刚石薄膜电极进 行加速寿命测试，发现由于TiC层的存在导致金刚石薄膜出现脱落现象，缩短了其使用寿 命。归结起来，现有用于废水处理中的电极材料及其制备工艺过程普遍存在着工艺过程复杂，条件控制不便，其制备的材料机械性能差、电导率低、稳定性差、使用寿命短、电势窗口 窄、降解性能低等突出缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电极材料及其制备技术存在的不足，设计一种制备含 钽中间层的硼掺杂钛基体金刚石薄膜电极材料的工艺方法，该方法制备的电极材料具有较 低的背景电流和较宽的电化学窗口，使得有机污染物在电极上被氧化降解的几率提高，并 具有良好的稳定性和较高的性价比，可用于对有毒且难以生物降解有机污染物的电化学处 理和电分析、电合成及电容器等
为了实现上述目的，本专利技术包括钛基体预处理、钽中间层制备和硼掺杂金刚石薄 膜制备三个步骤基体预处理选用尺寸为Φ 20mm和Φ 50mm的TA2工业纯钛板做电极基体，先对电 极钛基体表面进行打磨和蒸馏水冲洗，获得均勻的平滑表面的钛基体备用；钽中间层制备采用磁控溅射法在钛基体表面包覆沉积钽中间层的靶材为Φ50mm 纯度为99. 99%的钽，用分析纯丙酮和蒸馏水充分清洗，然后在100 120°C保温2 3h，去 除表面油污等杂质，再将处理过的钽靶材和钛基体放入磁控溅射仪中，抽真空使得溅射室真 空度达到1X 10_4Pa，然后按体积比为(30 50) (60 80)分别持续充入纯度为99. 999% 的氩气和99. 99%的氧气的混合气体，接着对钽靶材预溅射5min，去除表面杂质后，保持钛基 体温度100 120°C，再对钽靶材进行溅射，使钛基体表沉积形成钽中间层；硼掺杂金刚石薄膜制备采用热丝化学气相沉积法制备金刚石薄膜时，先采用金 刚石粉对沉积有钽中间层的钛基体进行机械划痕，使光滑的钛基体表面形成致密均勻的细 小凹坑，增加钛基体成核密度，然后用蒸馏水超声清洗，以体积比为(200 220) (4 20)甲烷和氢气的混合气作为气源，用B2H6为硼掺杂源，反应过程中输入功率为1. 6 2. OKff,衬底温度达到或高于800°C，反应室压力4. 5 6. OKPa,改变气源中硼和碳的原子比 (B/C)控制薄膜中硼的掺入量，沉积时间5 10h，在包覆钽中间层的钛基体表面上再沉积 制有硼掺杂金刚石薄膜后，作为新型的电极材料。本专利技术制备的用于降解有机污染物的电极材料为钛基体、钽(Ta)中间层和金刚 石薄膜顺序包覆式结构，钛基体表面上包覆有与基体密合的钽中间层，钽中间层外侧面 上沉积有硼掺杂金刚石薄膜；其中钛基体为工业纯钛，纯度质量百分比不小于99%，复合 钽中间层的厚度为ι μ m,以保护钛基体，抑制TiC的生长，延长电极使用寿命；硼掺杂金 刚石薄膜的电阻率为IO9 IO12 Ω · cm，为ρ型金刚石薄膜；硼掺杂使薄膜电阻率降低到 ΙΟ"3 Ω 级别，接近导体范围；采用B2H6为硼源，碳源为CH4和H2的混合气体，通过控制硼 掺杂量制备导电性的金刚石薄膜电极用于降解有机污染物的电极材料。本专利技术与现有技术相比，其工艺过程简单，安全可靠，制备的电极材料性价比高， 电势窗口宽和降解效果好，沉积钽中间层使金刚石薄膜在电解过程中不易脱落，金刚石薄 膜电极的稳定性高。附图说明图1为本专利技术制备的电极在ImoVLH2SO4溶液中的循环伏安曲线。图2为本专利技术实施时取样溶液的COD曲线图。 具体实施例方式下面通过实施例并结合附图进一步说明本专利技术制备电极材料的方法及其效果。实施例本实施例制备过程包括钛基体预处理、钽中间层制备和硼掺杂金刚石薄膜制备三 个步骤基体预处理选用尺寸为Φ 20mm和Φ 50mm的TA2工业纯钛板做电极基体，先对电 极基体表面进行打磨，蒸馏水冲洗，获得均勻的平滑表面钛基体备用；钽中间层制备采用磁控溅射方法在钛基体表面包覆沉积钽中间层的靶材为 Φ 50mm的纯钽(9本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降解有机污染物的电极材料制备方法，其特征在于包括钛基体预处理、钽中间层制备和硼掺杂金刚石薄膜制备三个步骤：基体预处理：选用尺寸为Φ２０ｍｍ和Φ５０ｍｍ的ＴＡ２工业纯钛板做电极基体，先对电极钛基体表面进行打磨和蒸馏水冲洗，获得均匀的平滑表面的钛基体备用；钽中间层制备：采用磁控溅射法在钛基体表面包覆沉积钽中间层的靶材为Φ５０ｍｍ纯度为９９．９９％的钽，用分析纯丙酮和蒸馏水充分清洗，然后在１００～１２０℃保温２～３ｈ，去除表面油污等杂质，再将处理过的钽靶材和钛基体放入磁控溅射仪中，抽真空使得溅射室真空度达到１×１０↑［－４］Ｐａ，然后按体积比为（３０～５０）∶（６０～８０）分别持续充入纯度为９９．９９９％的氩气和９９．９９％的氧气的混合气体，接着对钽靶材预溅射５ｍｉｎ，去除表面杂质后，保持钛基体温度１００～１２０℃，再对钽靶材进行溅射，使钛基体表沉积形成钽中间层；硼掺杂金刚石薄膜制备：采用热丝化学气相沉积法制备金刚石薄膜时，先采用金刚石粉对沉积有钽中间层的钛基体进行机械划痕，使光滑的钛基体表面形成致密均匀的细小凹坑，增加钛基体成核密度，然后用蒸馏水超声清洗，以体积比为（２００～２２０）∶（４～２０）甲烷和氢气的混合气作为气源，用Ｂ↓［２］Ｈ↓［６］为硼掺杂源，反应过程中输入功率为１．６～２．０ＫＷ，衬底温度达到或高于８００℃，反应室压力４．５～６．０ＫＰａ，改变气源中硼和碳的原子比（Ｂ／Ｃ）控制薄膜中硼的掺入量，沉积时间５～１０ｈ，在包覆钽中间层的钛基体表面上再沉积制有硼掺杂金刚石薄膜后作为电极材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：辛永磊，刘峰，王均涛，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]
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