[实用新型]镍基石墨烯场效应水体矿化装置

说明书

镍基石墨烯场效应水体矿化装置是应用冷阴极场发射效应进行污水处理的环保设备，属于污水处理领域。该装置由多块泡沫镍基石墨烯材料平板电极并列插装制作的场效应极板组合、外部壳体及外接低频电源构成。泡沫镍基石墨烯材料在光照和电场作用下，能够发生场发射电子倍增效应，同时激发高能粒子等离子体电磁波耦合共振及水体矿化链式反应。因此，该装置具有能耗低，效率高、作用范围大的特点，可以快速消除水体中农药、染料、化肥、药物、激素等有机物及藻类，还可以大幅度降低COD值和电导率，并且无二次污染，不影响鱼类、水生植物、微生物自然生长，适用于治理城市、乡村、工厂的污染水体，以及恢复江河、湖泊的自然生态。

一、技术领域

镍基石墨烯场效应水体矿化装置是应用冷阴极场发射效应进行污水处理的环保设备，属于污水处理领域。

二、背景技术

采用常温真空条件下借助高频等离子体化学气相沉积类金刚石膜的方法，通过控制SP3键及SP2键生成条件，可以在镍基衬底表面得到结构和性能不同的碳原子同素异形体及其复合物，如石墨烯、石墨炔、碳纳米管、富勒烯及金刚石等。科学实验证实，石墨烯在电学、光学、热学、力学等方面具有优异的性能。石墨烯几乎不需要能量即可以发射电子，还能以比其他任何材料快100倍的速度传导电子或空穴，这几乎接近光速。石墨烯与其他一个光子产生一个电子的材料不同，一个入射光子会使石墨烯中的许多电子受激从而产生大量电子信号。石墨烯表面电子逸出功极低，在低能态下，具有场致冷阴极发射电子的量子隧穿效应。

借助高频等离子体化学气相沉积类金刚石膜的方法，通过调整类金刚石膜SP3键及SP2键生成条件，可以在泡沫镍表面生成一层纳米级的掺杂着结构和性能不同的碳原子同素异形体复合物的石墨烯薄膜，使泡沫镍比表面积得到飞跃性提高，达到每克2630平方米。这种泡沫镍基石墨烯材料能够以量子隧穿效应方式来转移电子，及氢原子、重氢原子一类的原子核.同时在其表面微区的尖端能够引起涡旋运动而产生挠场，并与零点能相干而提取零点能，由此而产生一定数量的超光速异常高能带电粒子。此外，泡沫镍基石墨烯表面的一些自由振动的电子通过与光子相互作用，产生了沿着表面传播的电子疏密波，可以形成等离子体(surfaceplasmons，SPs)电磁表面波，同时出现光波电场分量作用于石墨烯表面自由电子，引发自由电子沿光传播方向的纵波振荡(即产生共振现象)，使一部分光波能量转化为自由电子振动能量。

当泡沫镍基石墨烯材料浸入水中时，在光照和外加低频电场作用下，等离子体电磁表面电子疏密波与水体内部的氢离子发生碰撞后生成氢原子及氢分子。氢原子与水体中氧分子碰撞生成与原子氧(O)和羟基自由基(·OH)，氢分子与氧分子碰撞生成两个羟基自由基(·OH)。羟基自由基(·OH)具有极强的得电子能力。氧化电位2.8V，产生极强的氧化能力，羟基自由基可与大多数有机污染物发生无选择性的快速链式反应，氧化生成CO₂、H₂O或矿物盐、无二次污染。具有高度反应活泼性的羟基自由基(·OH)是水体矿化反应的起点，随着水体中氢原子、氢分子和氧原子、氧分子、羟基自由基(·OH)相继反应，水体中的羟基自由基(·OH)的数量以几何级数增长，如滚雪球一样越来越多，正如引发核裂变链式反应的中子一样，可以迅速将辽阔水域中的各种有机物分子(包括藻类)氧化生成水和二氧化碳气体，大幅度降低COD值和电导率，使水体深度矿化。此外，一部分氢原子能够渗入泡沫镍金属内部，以电子和质子形态，借助量子隧道及石墨烯表面微区的尖端引起涡旋运动而产生挠场，成功实现了自旋反转，所产生的高能粒子大幅度提高了场发射自由电子波的能量及作用范围。因此，利用泡沫镍基石墨烯材料电子遂穿、冷阴极电子发射、表面等离子体共振与耦合电磁波、光电倍增现象及羟基自由基(·OH)链式反应等性能发明的镍基石墨烯场效应水体矿化装置，开创了石墨烯场效应水体矿化的奇迹，使人类实现了低能耗、高效率治理大范围水域污染的伟大梦想。