[发明专利]一种以棉花纤维模板法制备生物形态氮化硼的方法

说明书

本发明公开一种以棉花纤维模板法制备生物形态氮化硼的方法，其对有毒气体和有机污染物具有快速而高效的吸附能力。以氧化硼为硼源、以氮气为氮源，以棉花或粘胶纤维为碳源模板，高温下，通过元素转换，硼、氮元素置换棉花中的碳元素，合成具有棉花或粘胶纤维相同的形态结构氮化硼。该氮化硼保留了原有棉花或粘胶纤维从宏观到微观结构特性，同时可避免碳源模板在被目标材料包覆过程中出现的团聚、被刻蚀以及去除模板的过程中导致的残留等缺陷。

技术领域：

本发明涉及一种以棉花纤维模板法制备生物形态氮化硼的方法。

背景技术：

六方氮化硼（hBN）分子结构和性能与石墨极为类似，是一种松散、质轻的白色粉末，俗称 “白色石墨”。合成hBN方法有很多，有前驱体法、CVD法、溶剂热法、模板法等。合成氮化硼方法不同，形貌也不同。hBN材料微观形貌主要有纳米带、纳米管、纳米线、纳米纤维、纳米片、纳米网、纳米盘等，特定的尺寸、层数、形貌，赋予了其特殊的光学、电学、机械性能，为许多新材料研发和技术应用提供可能性。CN112877810A制备了一种高比表面积多孔氮化硼纤维，以硼酸、三聚氰胺和聚乙二醇PEG600为原料，在水浴中反应，形成白色固体，干燥，得到氮化硼前驱体，经过煅烧工艺，得到具有高比表面积的多孔氮化硼纤维。CN108441986A专利制备的大孔氮化硼纤维对重金属、染料、油污类具有较强的吸附性能，在废水处理、气体吸附领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明基于氮化硼的模板法，提供一种以棉花纤维模板法制备生物形态氮化硼的方法。该方法优化制备工艺，将棉花作为碳源模板，高温下经过元素置换，从而得到与原有棉花纤维基体相同生物形态的氮化硼。该方法具有成本小，工艺简单，生产周期短，能耗小特点。

一种以棉花纤维模板法制备生物形态氮化硼的方法，其特点包括以下特点，以氧化硼为硼源、以氮气为氮源，以棉花或粘胶纤维为碳源模板，从而获得与原有碳源模板相同形态的氮化硼。具体步骤为：

（1）将碳源模板棉花分别用水和乙醇清洗多次，在50-100 ℃干燥20-30 h；

具体的，该步骤中：

所述碳源模板棉花也可是粘胶纤维。

（2）将干燥棉花与氧化硼（为硼源）按配比称量，放入双层坩埚中，分别将氧化硼、棉花置于所述双层坩埚的下层、上层，再将双层坩埚放入高温炉中；

具体的，该步骤中：

所述硼源和所述碳源模板棉花按配比（2-7）：1称量；

所述双层坩埚上、下层之间有网状小孔，可使气流通过。坩埚上层顶部设有盖板，坩埚上、下层的侧壁均至少有一个小孔，下层侧壁小孔作为氮气入口，上层侧壁小孔作为气流出口。高温条件下，氮气作为载气和氮源，携带氧化硼蒸汽，通过上、下层间小孔进入上层，充分与上层棉花中碳元素发生置换，反应生成氮化硼，剩余气体则从上层侧壁小孔流出。

（3）通入氮气（为氮源），缓慢升温至800-1500 ℃，保温3-8 h，自然冷却至室温，得到骨架状的氮化硼。

具体的，该步骤中：

所述氮气流速为300-500 sccm，当温度升至800-1500 ℃时，将所述氮气流速加大至1200-1600 sccm。

所述高温炉温度选择在800-1500 ℃之间，在反应过程中，随着置换温度的升高，生物形态氮化硼纤维比表面积变大。制备氮化硼材料时，可通过温度的调节，改变氮化硼纤维比表面积。