[发明专利]六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料领域，特别是涉及六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着我国城市化、工业化进程的不断加速发展，生活污水及工业污水的排放量逐年增加，长江流域等多地区水污染严重。目前在污水处理率、再生水利用等方面与环境保护先进的国家有很大差距。在这样的背景下，研制开发饮用水净化及工业污处理技术显得尤为重要。而在众多水体污染中，重金属和有机物是最为重要的污染源，因此，寻求一种能有效去除重金属和有机物的吸附材料成为行业内的重要研究课题。

目前，市场上使用的吸附材料存在吸附容量有限，以及仅对某些少数重金属具有吸附活性的瓶颈，难以实现大规模吸附污染源物质达到净化的目的。近年来，氧化石墨烯由于表面以共价键形式键合有大量含氧官能团，如羟基、环氧基、羧基和羰基，且氧化石墨烯表面积巨大、具有良好的物理和化学性质，因此其具有非凡的吸附能力，能够快速吸附污染水体中的重金属物质而达到净化功能，从而在吸附材料领域受到了研究者们的青睐。然而单纯的氧化石墨烯材料对有机物的吸附效果不佳，且氧化石墨烯材料在苛刻的环境下（如高温或腐蚀性条件下）应用受到限制，容易产生碳化等现象。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料，该复合吸附材料对重金属和有机污染物等具有良好的吸附性能，且具有极强的热稳定性、化学稳定性和抗氧化性，应用广泛。

第一方面，本发明实施例提供了一种六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料，包括氧化石墨烯，以及插层结合在所述氧化石墨烯层间的六方氮化硼，所述氧化石墨烯为纳米片层结构，所述六方氮化硼为单层或多层二维结构的层状六方氮化硼。

优选地，所述六方氮化硼的质量为所述六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料总质量的20～80%。

氧化石墨烯（GO）具有良好的物理和化学性质，比表面积大、且表面以共价键形式键合有大量含氧官能团，如羟基、环氧基、羧基和羰基等，对重金属物质具有非凡的吸附能力；六方氮化硼（h-BN）在原子结构上与石墨烯类似，比碳材料具有更优良的热稳定性、抗氧化性和化学稳定性，且由于具有较高的表面积(1427m²g^-1)以及硼氮键的极性等特性使其对有机物具备较强的吸附活性，因此针对含有机污染物的污水及溢油处理中，六方氮化硼吸附效果好。

本发明六方氮化硼/氧化石墨烯（h-BN/GO）复合吸附材料，具有类似三明治的“夹层”结构，由单层或多层二维结构的六方氮化硼与氧化石墨烯纳米片层进行插层复合获得，插层复合增大了各原子层间的晶面间距，从而更大程度地提高了该复合吸附材料的吸附活性。在吸附过程中，有机物分子极性键中的电子容易与氧化石墨烯、六方氮化硼中的π键产生相互作用，从而进一步提高了氧化石墨烯对极性有机污染物分子的吸附能力。由于氧化石墨烯的较大表面积极大地增强了h-BN/GO复合吸附材料的吸附活性，而六方氮化硼本身良好的化学稳定性与热稳定性使得此插层复合的新型复合吸附材料可在极端苛刻环境下(如高温或腐蚀性条件下)仍然发挥其特殊的吸附特性，并且在此吸附过程中，氧化石墨烯会快速燃烧，氮化硼脱落，仅剩下重金属物质，便于收集重金属元素以便降低其在环境各介质中的危害。

综上，本发明实施例第一方面提供的六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料兼具六方氮化硼和氧化石墨烯的优点，具备极强的吸附能力，特别针对有机物污染、染料及重金属等污染源具有良好的吸附功效，吸附能力可达到本身质量的30倍，同时具有极强的热稳定性、化学稳定性和抗氧化性，应用广泛，可应用于极端恶劣条件及紧急环境(如海洋溢油处理等)，并对环境不产生二次污染问题。

第二方面，本发明实施例提供了一种六方氮化硼/氧化石墨烯复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

将氮化硼粉末加入到第一有机溶剂中，先在100～500w下超声10～40分钟均匀分散，再在1000～1800w下超声0.5～3小时，得到混合分散液，将所得混合分散液以3000～5000rpm离心0.5～3小时后，收集上悬液，过滤，所得滤渣80～100℃真空干燥，即得到层状六方氮化硼；所述第一有机溶剂的表面张力大于44J/cm²，所述氮化硼粉末在所述第一有机溶剂中的浓度为0.1～5g/L；