[发明专利]非晶态O掺杂的BN纳米片的制备方法

说明书

本发明公开了一种非晶态O掺杂的BN纳米片的制备方法。本发明采用硬模板法，以无定形石墨烯状CuB₂₃纳米片作为模板剂通过一步反应：2CuB₂₃+46NOCl→46BNO+2CuCl₂+21Cl₂，在室温下成功合成了O掺杂的BN纳米片，并将其作为电极用于水中重金属离子的电吸附。该材料具有独特的结构及配位能力，能完全、快速的同时去除水中的多种重金属离子，尤其是对Cd²⁺和Zn²⁺有优异的去除能力。该材料在基于CDI技术的水净化和水软化领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及O掺杂BN纳米材料技术领域，尤其涉及到非晶态O掺杂的BN纳米片的制备方法。

背景技术

由于人类活动导致越来越多的重金属离子释放到供水中，这成为了水污染的重要因素，并造成了生态和健康风险。目前已开发了多种用于去除水中重金属离子的环境修复方法，包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜过滤法、电渗析法和电容去离子技术(CDI)。其中电容去离子技术(CDI)高效、节能且经济，引起了人们极大的关注。因此，开发了许多电容去离子电极材料用于水中重金属离子的去除，如N掺杂的石墨烯、活性炭及活性炭布、水钠锰矿和炭气凝胶。但是，这些材料在金属离子浓度较低的情况下利用受到限制，不能去除宽浓度范围内的重金属离子污染，同时其再生速率低。因此，需要开发用于重金属离子去除的新型CDI材料。

六方氮化硼纳米片(h-BN)是一种被称为白色石墨烯的二维(2D)材料，由于其表面积大，被广泛研究用于去除水中有机污染物，却很少用来除去重金属离子。虽然BN的二维结构为各种电化学界面的创新设计提供了理想的平台，但由于其导电性差，很少研究其在化学电池、双层电容器或CDI器件中作为电极材料方面的应用。

最近，有研究发现，与原始氮化硼相比，在BN网络中引入O原子可产生新的性质，产生更多的活性位点，极大地增加了材料的导电性。

发明内容

本发明采用硬模板法，以无定形石墨烯状CuB₂₃纳米片作为模板剂通过一步反应：2CuB₂₃+46NOCl→46BNO+2CuCl₂+21Cl₂在室温下成功合成了比表面积达858m²g-¹的非晶态O掺杂的BN纳米片，并将其作为电极用于水中重金属离子的电吸附，能完全、快速同时去除水中的多种重金属离子(如Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Fe²⁺)。

本发明采用如下的技术方案：

本发明的非晶态O掺杂的BN纳米片的制备方法的具体步骤如下：

(1)将无定形石墨烯状CuB₂₃纳米片加入到氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)液体中形成悬浊液。

(2)在298K下将NOCl加入到(1)的悬浊液中并不断搅拌，反应30分钟。

(3)用1M NaOH溶液吸收反应生成的Cl₂。

(4)所得产物用稀盐酸洗涤后，用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次。

(5)将其在60℃下干燥。

步骤(1)中[BMIM]Cl液体的量为50ml。

步骤(1)中CuB₂₃的量为50mg。

步骤(2)中NOCl的量为1.2500g。