一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法与流程

本发明属于氮化硼材料和废水净化领域，具体涉及一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法。

背景技术：

氮化硼是一种人工合成的非氧化物材料，具有抗氧化、耐高温、耐化学腐蚀等优良的物理和化学特性,在光电子器件、功能复合材料、储氢、催化等领域有广泛的应用[赵泽华,吴湘锋,付世达,于晓颖,郑森森.氮化硼的制备与应用进展.中国粉体工业.2015,3,7-12；刘闯,张力,李平,陈永安,崔雯雯,张海林.氮化硼二维纳米材料剥离制备技术研究进展.材料工程.2016,44,122-128]。高吸附性氮化硼是很有应用前景的污水净化材料：对油的吸附量超过8g/g[weiweilei,davidportehault,danliu,siqin，yingchen.porousboronnitridenanosheetsforeffectivewatercleaning.nat.commun.2013,4,1777(1-7)；feiliu,jieyu,xixiji,muqiqian.nanosheet-structuredboronnitridesphereswithaversatileadsorptioncapacityforwatercleaning.acsappl.mater.inter.2015,7,1824-1832],对甲基蓝等染料的吸附量约为400mg/g[preetisingla,neetugoel,vinodkumar,sonalsinghal.boronnitridenanomaterialswithdifferentmorphologies:synthesis,characterizationandefficientapplicationindyeadsorption.ceram.int.2015,41,10565-10577;jieli,yanghuang,zhenyaliu,junzhang,xiaoxiliu,hanluo,yuanhuima,xuewenxu,yanglu,jinglin,jinzou,chengchuntang.chemicalactivationofboronnitridefibersforimprovedcationicdyeremovalperformance.j.mater.chem.a.2015,3,8185-8193],对苯的吸附量约为700mg/g[jieli,xingxiao,xuewenxu,jinglin,yanghuang,yanmingxue,pengjin,jinzou,chengchuntang.activatedboronnitrideasaneffectiveadsorbentformetalionsandorganicpollutants.sci.rep.2013,3,3208(1-7)]。目前常用制备高吸附性氮化硼的方法有模板法等[刘栋，唐成春，薛彦明，李杰.新型多孔氮化硼材料.化学进展,2013,25，1113-1121]。但是模板法需要去除模板，成本较高。球磨法是利用机械能来剥离氮化硼，最近研究发现在球磨过程中添加尿素可以提高剥离氮化硼制备高吸附性氮化硼的效率[weiweilei,vadymn.m℃halin,danliu,siqin,yurygogotsi，yingchen.boronnitridecolloidalsolutions,ultralightaerogelsandfreestandingmembranesthroughone-stepexfoliationandfunctionalization.nat.commun,2015,6,8849(1-8)]，尿素的作用是在球磨过程放出可以氨气，氨气在球磨条件下可以和氮化硼反应从而提高剥离效率。球磨法不但需要特定的球磨装置，还需要消耗电能。

尿素在加热过程也会放出氨气，目前把尿素和氮化硼混合在一起通过热处理制备高吸附性氮化硼的研究尚未见报道，因此本发明具有很好的创新性和应用前景。

技术实现要素：

解决的技术问题：本申请主要是提出一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法，解决现有技术中存在氮化硼材料吸附性能低、介孔氮化硼具有高吸附性能和尿素在加热条件下会放出氨气等技术问题。

技术方案：一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法，包括如下步骤：

第一步：将尿素和三氧化二硼按质量配比1:（2-4）混合均匀后在真空气氛炉中加热至1000℃-1100℃，恒温3-4小时，制备氮化硼粉体材料；

第二步：将氮化硼粉体材料和尿素按质量配比1:（20-80）在研钵混匀制成氮化硼-尿素混合样，然后放在坩埚中，盖上坩埚盖；

第三步：将氮化硼-尿素混合样在550℃-600℃煅烧，制得介孔氮化硼材料；

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步具体步骤为，将尿素和三氧化二硼按质量配比1:（2-4）称取，然后在玛瑙研砵内研磨20-30分钟混合均匀，将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖，然后将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1000-1100℃恒温3-4小时后自然降温至室温，取出样品，用去离子水洗3-5遍，洗去未反应完的三氧化二硼，将水洗过的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，制备氮化硼粉体材料。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步具体步骤为，将氮化硼粉体材料和尿素按1:（20-80）质量配比称取，在研钵中研磨20-30分钟，混合均匀，制成氮化硼-尿素混合样，然后放入氧化铝坩埚中，盖上坩埚盖。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步中，将放有氮化硼-尿素混合样的氧化铝坩埚放入真空气氛炉中，以10℃/min的升温速度升至550-600℃，恒温2小时，再自然降温至室温，制得高吸附性介孔氮化硼材料。

作为本发明的一种优选技术方案：所述真空气氛炉使用箱式马弗炉lb-q30/14，由上海罗贝精密仪器有限公司购得。

有益效果：本申请所述一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的工艺简单、原料易得、适合规模化生产；

2、整个反应过程中不需要通载气，工艺简单,制得的氮化硼材料对中性红有很好的吸附性能，具有很好的创新性和应用前景；

3、利用尿素在热解过程中放出的氨气剥离氮化硼制备高吸附性氮化硼材料，尿素在600℃加热时会放出大量氨气，氨气在高温条件下会和氮化硼中的硼元素发生反应，从而在氮化硼表面造孔，并导致氮化硼发生剥离，从而制得具有高吸附性能的氮化硼材料；

4、所制备高吸附性氮化硼对中性红的吸附量为898.5mg/g，远高于文献报道活性炭对中性红的吸附量55mg/g(雷晓玲，黄芳，陈垚，丁社光.活性炭对典型染料的吸附性能研究.工业水处理,2013,33，57-60)；

5、该制备方法以尿素和三氧化二硼为原料，只需要气氛炉，且加热过程中不需要载气，成本低，工艺简单，较易推广，具有较好的实际应用前景；

6、以尿素和三氧化二硼为原料制备高吸附性氮化硼，原料价格低廉，成本低；

7、制得的氮化硼材料吸附中性红。吸附试验中高吸附性氮化硼用量10mg，中性红溶液50ml，中性红浓度200mg/l，无光条件下吸附30小时。吸附实验结果表明质量配比为1:40时制得的氮化硼对中性红的吸附量为898.5mg/g，是普通氮化硼对中性红吸附量20.22mg/g的44.4倍，是很有应用潜力的新型吸附材料。

附图说明：

图1为本申请实施例1中介孔氮化硼的照片；

图2为本申请实施例1中介孔氮化硼晶体衍射结果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

在具体实施中，所用真空气氛炉都使用箱式马弗炉lb-q30/14由上海罗贝精密仪器有限公司直接购买得到。

对比例1

如图1所示，一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法具体制备方法包括如下：

第一步：将8g尿素和16g三氧化二硼在玛瑙研砵内研磨30分钟，使其混合均匀。

第二步：将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第三步：然后将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1100℃，恒温4个小时后自然降温至室温。

第四步：取出样品，用去离子水洗5遍，洗去未反应完的三氧化二硼。

第五步：将处理好的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，所得样品为白色氮化硼粉体材料。

制得的样品在晶体衍射图中出现了26.6℃和41.8℃这两个氮化硼的特征峰，证明所合成材料是氮化硼。

将称取10mg该样品投放到50ml、200mg/l的中性红染料液中，在暗光下吸附30h，对中性红的吸附量达到20.22mg/g。

实施例1

如图1所示，一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法具体制备方法包括如下：

第一步：将8g尿素和24g三氧化二硼在玛瑙研砵内研磨30分钟，使其混合均匀。

第二步：将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第三步：将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1100℃，恒温4个小时后自然降温至室温。

第四步：取出样品，用去离子水洗5遍，洗去未反应完的三氧化二硼。

第五步：将处理好的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，所得样品为白色氮化硼粉体材料。

第六步：将0.25g氮化硼和5g尿素研磨20分钟后放入氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第七步：将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min升温速率加热升温到600℃，恒温反应2小时。

第八步：然后自然降温至室温，即得高吸附性介孔氮化硼材料。

第九步：称取10mg高吸附性介孔氮化硼材料投放到50ml，200mg/l的中性红染料液中，在暗光下吸附30小时，该样品对中性红的吸附量达到550.50mg/g。

第九步制得的样品，在晶体衍射图中出现了26.6℃和41.8℃这两个氮化硼的特征峰，证明所合成材料是氮化硼。

实施例2

如图1所示，一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法具体制备方法包括如下：

第一步：将8g尿素和32g三氧化二硼在玛瑙研砵内研磨20分钟，使其混合均匀。

第二步：将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第三步：然后将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1100℃，恒温4个小时后自然降温至室温。

第四步：取出样品，用去离子水洗3遍，洗去未反应完的三氧化二硼。

第五步：将处理好的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，所得样品为白色氮化硼粉体材料。

第六步：将0.25g氮化硼和10g尿素研磨20分钟后放入氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第七步：将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min升温速率加热升温到600℃，恒温反应2小时。

第八步：然后自然降温至室温，即得高吸附性介孔氮化硼材料。

第九步：称取10mg高吸附性介孔氮化硼材料投放到50ml，200mg/l的中性红染料液中，在暗光下吸附30小时，该样品对中性红的吸附量达到898.40mg/g。

第九步制得的样品，在晶体衍射图中出现了26.6℃和41.8℃这两个氮化硼的特征峰，证明所合成材料是氮化硼。

实施例3

一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法具体制备方法包括如下：

第一步：将8g尿素和32g三氧化二硼在玛瑙研钵内研磨30分钟，使其混合均匀。

第二步：将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第三步：然后将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1000℃，恒温3个小时后自然降温至室温。

第四步：取出样品，用去离子水洗4遍，洗去未反应完的三氧化二硼。

第五步：将处理好的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，所得样品为白色氮化硼粉体材料。

第六步：将0.25g氮化硼和15g尿素研磨25分钟后放入氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第七步：将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min升温速率加热升温到550℃，恒温反应2小时。

第八步：然后自然降温至室温，即得高吸附性介孔氮化硼材料。

第九步：称取10mg高吸附性介孔氮化硼材料投放到50ml，200mg/l的中性红染料液中，在暗光下吸附30小时，该样品对中性红的吸附量达到293.82mg/g。

第九步制得的样品，在晶体衍射图中出现了26.6℃和41.8℃这两个氮化硼的特征峰，证明所合成材料是氮化硼。

实施例4

一种尿素辅助热剥离氮化硼制备介孔氮化硼的方法具体制备方法包括如下：

第一步：将8g尿素和24g三氧化二硼在玛瑙研砵内研磨25分钟，使其混合均匀。

第二步：将混合均匀的尿素-三氧化二硼混合物放在氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第三步：然后将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min速率升温到1050℃，恒温4个小时后自然降温至室温。

第四步：取出样品，用去离子水洗4遍，洗去未反应完的三氧化二硼。

第五步：将处理好的样品放入100℃的烘箱内干燥12h,取出烘干的样品并放在研钵内研磨至粉末状，所得样品为白色氮化硼粉体材料。

第六步：将0.25g氮化硼和20g尿素研磨25分钟后放入氧化铝坩埚内，盖上坩埚盖。

第七步：将坩埚放在真空气氛炉中，以10℃/min升温速率加热升温到575℃，恒温反应2小时。

第八步：然后自然降温至室温，即得高吸附性介孔氮化硼材料。

第九步：称取10mg高吸附性介孔氮化硼材料投放到50ml，200mg/l的中性红染料液中，在暗光下吸附30小时，该样品对中性红的吸附量达到74.13mg/g。

第九步制得的样品，在晶体衍射图中出现了26.6℃和41.8℃这两个氮化硼的特征峰，证明所合成材料是氮化硼。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。