[发明专利]一种膨胀石墨/多孔六方氮化硼复合材料及其制备方法和作为苯气体吸附剂的应用

说明书

本发明属于气体吸附材料领域，公开了一种膨胀石墨复合多孔六方氮化硼吸附剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：a)依次将三聚氰胺，硼酸和膨胀石墨加入去离子水中，搅拌5min，混合物；b)将所得混合物倒入反应釜中，150℃‑300℃，反应6‑8h，得产物；d)将产物过滤、烘干，得到膨胀石墨和氮化硼前驱体的复合材料，e)将前驱体复合材料在N₂氛围中升温至1000‑1200℃碳化1‑2h，得到膨胀石墨/多孔六方氮化硼复合吸附材料。本发明充分利用多孔六方氮化硼的高比表面积和丰富的孔结构，结合膨胀石墨高孔容的的特性，对苯气体具有良好的吸附性。

技术领域

本发明属于新型碳材料领域，具体涉及一种膨胀石墨/多孔六方氮化硼复合材料及其制备方法和作为苯气体吸附剂的应用。

背景技术

随着工业化的不断发展，苯气体的排放量逐年提高。苯气体是存在于许多工业应用中的污染物，即使在非常低的浓度下，它们对人体健康和环境的危害都非常大。

因此需要有效的针对苯气体的去除手段，如吸附，催化氧化，冷凝和膜分离。在多样性技术中，吸附被认为是去除苯的最具成本效益和环境友好的技术之一。目前，市面上使用的吸附材料存在吸附容量有限，且在低浓度下对苯气体吸附性能不佳等缺点。

膨胀石墨是近几十年来发展起来的新型碳质吸附材料，通常由天然鳞片石墨通过顺序插层、洗涤、干燥和膨化来制备，具有微米级的孔结构、较大的吸附容量，通透性良好，非常适合于流动介质的吸附，但其不适合应用于气相吸附研究，需要对其的孔结构进行修饰。

多孔六方氮化硼(p-BN)具有独特的物理和化学性质，包括高比表面积，低密度，高导热性，优异的化学稳定性和抗氧化性，这些特性使p-BN具有广泛的应用前景，尤其是与吸附相关的应用。此外，芳环分子体系中广泛存在一种π-π堆积的非共价相互作用，这种相互作用是范德华作用和静电作用相结合产生的，是分子自组装的主要动力。p-BN是具有芳环的六边型结构，能够和苯的芳环发生面面堆积和边面堆积的π-π相互作用，因此可以达到选择性吸附的目的。制得p-BN的BET比表面积为1018m²/g，平均孔径约为1.41nm，根据吸附理论，该孔径对挥发性有机污染物有极高的吸附能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了膨胀石墨/多孔六方氮化硼复合吸附材料，该复合材料对苯气体等挥发性有机物有良好的吸附性能，且具有很强的热稳定性，化学稳定性，应用广泛。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种膨胀石墨复合多孔六方氮化硼的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

a.将鳞片石墨氧化、插层，在700℃-900℃温度下加热膨胀，膨化时间10-30s，制成膨胀石墨；

b.将膨胀石墨，三聚氰胺和硼酸按质量比1-5:1:1混合加入100mL去离子水初步搅拌5min，得混合物；

c.将所得混合物倒入反应釜中，在150℃-300℃条件下，反应6-8h；

d.反应后将产物过滤、烘干，得到膨胀石墨和氮化硼前驱体的复合材料；

e.将前驱体复合材料在N₂氛围下高温碳化1-2h，得到膨胀石墨/多孔六方氮化硼复合吸附材料。

所述的高温碳化温度为1000℃-1200℃。选择在该温度下煅烧是由于温度较低时产物是菱方氮化硼和六方氮化硼的混合物，随着温度的提高，菱方氮化硼逐渐消失，直到1000℃以上产物为纯六方氮化硼。

本发明与现有技术相比较，具有如下显著的优点：