[发明专利]多孔硼碳氮纳米片层和多孔氮化硼纳米片层及其制备方法和作为吸附材料的应用

说明书

本发明提供一种多孔硼碳氮纳米片和多孔氮化硼纳米片的制备方法，将硼源和溶剂混合，加热溶解；加入碳氮源后置于密闭反应容器中，加热搅拌，蒸发水分，研磨，在惰性气体中热处理后得到多孔硼碳氮纳米片，将多孔硼碳氮纳米片在氨气中热处理，再惰性气体中冷却至室温，得到多孔氮化硼纳米片，应用于吸附材料，具有较高的CO₂吸附能性，分离性能和循环吸附性能。

技术领域

本发明涉及多孔硼碳氮纳米片层和多孔氮化硼纳米片层及其制备方法和作为吸附材料的应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

化石燃料燃烧排放的CO₂引起了一系列的全球性环境问题例如全球气候变暖、冰川融化、海平面上升、海水酸性增加及气候异常等现象，严重威胁着人类的生存与发展，使得人们急于寻求降低大气中CO₂气体含量的方法。碳的捕集和封存(carbon capture andstorage，CCS)是科学家们提出的减少二氧化碳排放，防止气候恶化的技术方案之一。传统的捕获CO₂的方法是利用胺溶液，如发电厂中利用单乙醇胺从尾气中捕获CO₂。但是胺溶液的再生需要消耗很高的能量并且胺溶液会引起设备腐蚀。因此寻求价格低廉，无污染，无腐蚀并能有效捕获CO₂的材料是目前的一个研究热点。另一方面，对捕获CO₂材料的另一个基本要求是CO₂选择性吸附能力，在大多数情况下，捕获的CO₂都是混合在其他气体中，例如发电厂排放的废气，CO₂的含量只有15％左右，其余的是大量的N₂和水蒸气，因此需要材料具有很高的选择性吸附 CO₂的能力。再者，捕获与储存二氧化碳材料除了具有高的吸附量和选择性之外，高的热稳定性和化学稳定性也是必不可少的。

六方氮化硼(h-BN)是一种具有石墨结构的层状化合物，又被称为白石墨，因其优异的性能和潜在的应用前景吸引了国内外科学家的广泛关注。氮化硼材料具有许多优异的物理化学特性如：耐高温、抗氧化、膨胀系数低、摩擦系数低、导热率高、化学稳定性高、可加工性能好、具有良好的透波性，可广泛应用在机械、冶金、催化、电子、航空航天等高科技领域。此外，具有高比表面积、高孔隙率的多孔氮化硼作为一类高效的固体吸附材料被广泛应用在储氢、污水处理、吸油和药物缓释等方面。然而，在捕获CO₂的应用上对于多孔氮化硼的应用较少。Nag 等人报道BN在0.85bar和195K的条件下能够捕获32％的CO₂(A. Nag etal.,ACS Nano,2010,4,1539-1544)。通过利用MgB₂和NH₄Cl为前驱体制备的少数层的多孔氮化硼纳米片层材料在298K和0.76bar条件下CO₂的吸附能力为10cm³g^-1，同时CO₂/N₂的吸附选择性为26.3(F. Xiao et al.,Chemical Communications,2016,52,3911-3914)。Marchesini 小组报道的多孔BN材料能够捕获CO₂，在1bar和298K条件下CO₂吸附量为0.6mmol g^-1(S.Marchesini et al.,Microporous and Mesoporous Materials,2017,243,154-163)。这些研究结果表明h-BN捕获CO₂能力很低，需要继续优化结构才有望获得更好捕获CO₂性能的多孔h-BN材料。

发明内容

本发明的目的是：提供一种在低压条件下具有高CO₂吸附能性，分离性能和循环吸附性能的多孔硼碳氮纳米片层吸附材料和在高压条件下具有较高CO₂捕获能力的多孔氮化硼纳米片层吸附材料的制备方法。

本发明技术解决方案：

孔硼碳氮纳米片的制备方法，包括以下步骤：