[发明专利]一种富介孔的六方氮化硼多孔材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种富介孔的六方氮化硼多孔材料的制备方法，其制备方法为：将硼砂溶于水中，同时加入氮源混合后形成悬浊液，加热搅拌，蒸干水分后得到前驱体。将前驱体压制成型或直接置于管式炉中，在保护气气氛下高温热解，反应一段时间后切换气氛刻蚀多余的碳后即可得到富介孔的六方氮化硼多孔材料。本发明方法具有原材料成本较低、易于操作、环境友好、原子利用率高、比表面积大、扩大化生产可行性高的特点。在水处理领域，该产品具有高吸附容量、吸附速率的特点，能够在高、低温或酸、碱等极端条件下稳定使用，并且可以通过简单的热处理等方式对使用后的产品进行循环再生。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料制备领域，具体涉及一种富介孔的六方氮化硼多孔吸附剂材料的合成以及其在水处理领域的应用。

背景技术

六方氮化硼是一种典型的二维材料，因其与石墨相似的晶体结构，常常被称为“白石墨”。在实际使用时，为避免粉体之间的堆叠、团聚造成的困扰，常在合成时将其二维结构进行再组装，形成连通稳定的三维化结构，称为三维化的六方氮化硼多孔材料。六方氮化硼多孔材料拥有理论上超高的比表面积，可适用于水处理中的污染物吸附领域。相比于工业中常用的污水吸附剂活性炭，六方氮化硼拥有同样出色的性能。此外，六方氮化硼本身具有耐高温的特点，使其在使用后可以简单地高温再生，而其耐酸碱腐蚀性则允许其在特殊的极端条件下使用。因此，六方氮化硼多孔材料有望在水处理领域成为一种新型的先进吸附剂。

目前，六方氮化硼多孔材料的主要困境在其合成的困难和成本的高昂。主流的合成路线包括硬模板法、软模板法和无模板法。硬模板法合成的六方氮化硼多孔材料具有孔壁较厚，比表面积较小(＜1000m²/g)的缺点，此外，通常还需要繁琐且具有一定危险性的去模板操作(Adv.Func.Mater.2018，28，1801205)。软模板法可以合成出高比表面积的六方氮化硼多孔材料，但成本高昂，且成本主要来源于硼源，如硼嵌段共聚物(Nat.Nanotechnol.2007，2，43)。无模板法在这几种方法中成本较低，但合成出的氮化硼通常可控性较差，难以制备成块体。此前的合成方法多采用含硼化合物如硼酸及其脱水物包括氧化硼等，和含氮化合物如尿素、三聚氰胺、氯化铵作为原料，直接混合或混合后定型，在氨气或氮气等气氛中高温焙烧，在部分反应中氨气也可以充当氮源。

针对现有技术中合成程序较多、所用原材料成本较高且具有一定的危险性的难题。本发明采用硼源中已知成本极低的硼砂和成本较低的氮源(如三聚氰胺)制得的前驱体进行高温热解，即可制得富介孔的六方氮化硼多孔材料。此方法具有合成步骤较少、易于操作等特点，为六方氮化硼多孔材料的合成提供了新的思路。相比于硼砂-尿素法合成的片状六方氮化硼(专利CN109650355A)，本方法合成的多孔粉体、块体具有三维化贯通且疏松的孔状结构和超高比表面积，更适用于吸附领域。相比于硼酸-三聚氰胺法(专利CN111377418A)的高微孔比表面积(微孔直径＜2nm)和低介孔比表面积(2nm＜介孔直径＜50nm)，本发明中富介孔的六方氮化硼多孔材料，在水处理领域尤其是针对较大尺寸分子的污染物吸附领域的具有更优异的性能，同时所用原材料成本较低、性能优异等特点为氮化硼吸附剂的工业化生产及商业化应用提供了可行性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种低成本、易操作、环境友好、高性能的六方氮化硼多孔吸附剂材料的制备方法。本发明提供了一种由硼砂和某种氮源形成的前驱体直接高温热解制备得到宏观结构完整的六方氮化硼多孔材料的方法，本方法易于操作、成本较低，得到的产品具有极高的比表面积，同时产品在水处理吸附领域尤其是大分子染料吸附、油吸附、油水分离领域具有优异的性能，结合氮化硼的化学惰性和耐高温特性，可以在吸附污染物后通过简单的热处理来达到再生循环利用的效果。本发明所采用的技术方案为：一种富介孔的六方氮化硼多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硼砂溶解在水中，加入氮源混合形成悬浊液，搅拌加热蒸干水分，得到白色前驱体；

(2)将前驱体成型后或直接置于高温加热炉中，通入保护气，升温至反应温度A反应一定时间；