一种少层氮化硼及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种少层氮化硼制备方法，它是按如下方法制备得到：将尿素和氧化硼混合，溶解于乙醇水溶液中，通过加热蒸发除去乙醇，得到白色粉末；将白色粉末转移到瓷舟中，在管式炉中以氮气为保护气进行煅烧，得白色固体即为少层氮化硼。本发明还公开了上述少层氮化硼在吸附脱除水体中抗生素污染物中的应用。在15～45℃温度下，pH为3～11范围内，吸附2～30min后，少层氮化硼表现出很高的抗生素吸附脱除率，吸附性能明显优于商品级氮化硼。此外，本发明材料制备简单，成本低廉，可操作性强。本发明将少层氮化硼应用于水体中抗生素污染物的吸附脱除，具有良好的经济和环境效应。
【专利说明】一种少层氮化硼及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境水污染处理领域，具体涉及了一种少层氮化硼及其制备方法与在 吸附脱除水体中抗生素污染物的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，抗生素被大量应用在临床及畜禽和水产养殖，用以疾病的预防治疗及有 机体的生长促进。但抗生素机体吸收差，水溶性强，常以活性形式（母体或代谢产物）随人 和畜禽排泄、水产养殖及制药废水排放持续进入环境，最终残留于土壤和水体。抗生素在 环境中的残留和蓄积可导致微生物菌群耐药等诸多生态毒性，严重影响人类健康和生态平 衡。目前，在国内外各类水体中经常能检出ng/L-yg/L污染级别的抗生素残留。抗生素由 于其特殊的抑菌或灭菌性能，可生化性极差，传统的水和废水处理技术一般无法对其有效 去除。为控制其污染，有效的抗生素去除方法日益受到国内外广泛关注。
[0003] 目前关于水体中抗生素去除方法的研究主要集中在高级氧化法、吸附法、膜分离 技术及组合工艺等。其中基于自由基氧化的高级氧化技术得到广泛关注，工艺一般选用〇 3、 H202，结合光照，或组合金属及半导体光催化剂来实现，但该方法不仅成本高，且在降解抗 生素的过程中很难实现矿化，降解产生的中间代谢物常表现出比母体抗生素更强的生态毒 性，应用受到限制。而吸附法，作为一种非破坏手段，常表现出成本低、易操作、污染物脱除 率高且无高毒性代谢物风险等优点引起广泛重视。因此，发明一种低成本、易制备的吸附剂 并用于水体中的抗生素污染物的去除是非常必要的。
[0004] 少层氮化硼作为一种新型层状材料，具有较大的比表面积，且耐高温、耐腐蚀、机 械强度高，将其作为吸附材料用于水体中抗生素污染物的脱除目前还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是为水体中抗生素污染物的脱除提供一种新型的吸 附剂--少层氮化硼。
[0006] 本发明还要解决的技术问题是提供上述少层氮化硼的制备方法。
[0007] 本发明最后要解决的技术问题是提供上述少层氮化硼的应用。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0009] -种少层氮化硼的制备方法，将尿素和氧化硼混合，溶解于乙醇水溶液中，通过加 热蒸发除去乙醇，得到白色粉末；将白色粉末转移到瓷舟中，在管式炉中以氮气为保护气进 行煅烧，得白色固体即为少层氮化硼；
[0010] 其中，所述煅烧从30°C出发，以1?5°C /min程序升温至900?1100°C，达到指定 的温度后再保持煅烧〇. 5?5h ;优选的方式是：煅烧从30°C出发，以1?:TC /min程序升 温至900?1000°C，达到指定的温度后再保持煅烧2?5h。
[0011] 其中，尿素和氧化硼的物质的量之比为1:1?1:80,优选1:20?1:80。
[0012] 其中，所述的乙醇水溶液，其溶质乙醇的质量百分含量为10%?50%，优选 30%?50%。
[0013] 其中，所述加热，其温度为40?80°C，优选50?70°C。
[0014] 上述少层氮化硼的制备方法制备得到的产品少层氮化硼也在本发明的保护范围 之内。
[0015] 其中，制备得到的少层氮化硼的厚度为0. 3?3nm，层数少于10层。制备得到的少 层氮化硼的原子力显微镜和XRD表征结果见图1和图2。
[0016] 上述少层氮化硼在吸附脱除水体中抗生素污染物中的应用。
[0017] 其中，所述的抗生素为喹诺酮类、四环素类和磺胺类抗生素中任意一种或几种的 混合。优选的是，所述的喹诺酮类抗生素为加替沙星或左氧氟沙星；四环素类抗生素为四环 素或多四环素；磺胺类抗生素为磺胺嘧啶。
[0018] 具体的应用方法是，将少层氮化硼投入到含抗生素污染物的水体中静态吸附脱除 抗生素，其中，吸附时间为2?120min，溶液的pH值为3?11，吸附温度为15?45°C，废水 中抗生素初始浓度为10?l〇〇mg/L，废水中NaCl或CaCl 2浓度为0?1. 4mol/L，少层氮化 硼投加量为〇· 1?l〇g/L。
[0019] 优选的应用方法是，将少层氮化硼投入到含抗生素污染物的水体中静态吸附脱除 抗生素，其中，吸附时间为2?15min，溶液的pH值为4?10,吸附温度为15?30°C，废水 中抗生素初始浓度为20?80mg/L，废水中NaCl或CaCl 2浓度为0. 1?1. Omol/L，少层氮 化硼投加量为〇. 5?10g/L。
[0020] 有益效益：与商品级氮化硼相比，本发明设计合成的少层氮化硼对抗生素类污染 物的吸附性能明显提高，抗生素加替沙星、左氧氟沙星、四环素、多西环素和磺胺嘧啶的脱 除率均可达90%以上，此外，吸附速度快，吸附受溶液pH影响小（图3)，操作简便，吸附材 料易合成且不含金属成分，成本低廉，且无二次污染。由此可见，本发明设计合成的少层氮 化硼在吸附脱除水体中抗生素类污染物方面具有良好的经济和环境效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1少层氮化硼的原子力显微镜表征结果，结果表明合成的BN的厚度为800pm左 右，层数少于10层，属于少层氮化硼。
[0022] 图2合成少层氮化硼的XRD表征结果，该谱图与六方结构氮化硼的标准卡片 (JCPDS Card No. 34-0421)相一致，证明所合成的BN为六方结构氮化硼。
[0023] 图3合成的少层氮化硼吸附处理pH在3?11范围内的含加替沙星模拟废水的结 果，结果显示加替沙星在少层氮化硼上的吸附几乎不受环境pH波动的影响，在pH为3?11 范围内吸附量为74. 2?74. 7mg/g。
【具体实施方式】
[0024] 通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地解析本发明，但下述实施 例并不是对本发明的限定。
[0025] 以下实施例中，吸附后采用紫外可见分光光度计（UV-Vis)检测水中药物的含量， 吸附剂对污染物的去除能力常用吸附量(mg/g)和去除率％来描述，吸附量和去除率可分 别按下列公式（1)和公式（2)计算。
[0026]
[0027]
【权利要求】
1. 一种少层氮化硼的制备方法，其特征在于，将尿素和氧化硼混合，溶解于乙醇水溶液 中，通过加热蒸发除去乙醇，得到白色粉末；将白色粉末转移到瓷舟中，在管式炉中以氮气 为保护气进行煅烧，得白色固体即为少层氮化硼； 其中，所述煅烧从30°c出发，以1?5°C /min程序升温至900?1100°C，达到指定的温 度后再保持煅烧〇. 5?5h。
2. 根据权利要求1所述的少层氮化硼的制备方法，其特征在于，尿素和氧化硼的物质 的量之比为1:1?1:80。
3. 根据权利要求1所述的少层氮化硼的制备方法，其特征在于，所述的乙醇水溶液，其 溶质乙醇的质量百分含量为10 %?50%。
4. 根据权利要求1所述的少层氮化硼的制备方法，其特征在于，所述加热，其温度为 40 ?80°C。
5. 权利要求1?4中任意一项所述的少层氮化硼的制备方法制备得到的产品少层氮化 硼。
6. 根据权利要求5所述的少层氮化硼，其特征在于，少层氮化硼的厚度为0. 3?3nm， 层数少于10层。
7. 权利要求5所述的少层氮化硼在吸附脱除水体中抗生素污染物中的应用。
8. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的抗生素为喹诺酮类、四环素类和磺 胺类抗生素中任意一种或几种的混合。
9. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的喹诺酮类抗生素为加替沙星或左 氧氟沙星；四环素类抗生素为四环素或多四环素；磺胺类抗生素为磺胺嘧啶。
10. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将少层氮化硼投入到含抗生素污染物的 水体中静态吸附脱除抗生素，其中，吸附时间为2?120min，溶液的pH值为3?11，吸附温 度为15?45°C，废水中抗生素初始浓度为10?100mg/L，废水中NaCl或CaCl 2浓度为0? 1. 4mol/L，少层氮化硼投加量为0. 1?10g/L。
【文档编号】C01B21/064GK104056590SQ201410334628
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】巢艳红, 朱文帅, 吉海燕, 吴沛文, 李华明, 吴向阳, 张少龙 申请人:江苏大学