[发明专利]大孔氮化硼纤维及其制备方法

说明书

一种大孔氮化硼纤维，是将丝瓜络作为碳源模板，通过硼源、氮源置换丝瓜络中的碳元素，从而得到与原有的丝瓜络基体具有相同的孔结构的大孔氮化硼纤维。制备方法：将丝瓜络清洗干燥后，将硼源和丝瓜络按配比置于双层坩埚中，其中硼源放入双层坩埚下层，丝瓜络置于上层，再将双层坩埚放入高温炉内，通入氮源，将温度升到1300‑1600℃，保持一段时间，降至室温，即得到白色丝瓜络骨架状的氮化硼纤维。本发明采用置换方式使氮化硼替代丝瓜络中的碳元素，既具有氮化硼本身的理化性能，同时又可得到与原有的丝瓜络基体相同的孔结构，比表面积大，孔隙均匀，对重金属、染料、油污类具有较强的吸附性能，在废水处理领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种用于废水处理过程中的氮化硼纤维及其制备方法。

背景技术

氮化硼是由第三族(III)元素硼(B)和第五族(V)元素氮(N)组成的一种人工合成化合物，其结构与石墨相似，素有“白色石墨”之称。氮化硼具有优异的物理、化学性质，一直受到研究人员的广泛关注。目前研究人员在氮化硼材料的制备方面已经取得了大量卓有成效的研究成果，一系列不同结构的氮化硼材料被成功制备出来，如纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片、纳米带、纳米球、多孔纤维等。近年来随着大比表面积多孔氮化硼材料被合成处出来，研究人员发现大比表面积的多孔氮化硼材料在解决环境污染方面展示出了广阔的应用前景，可以应用于污水处理领域。与传统的活性碳吸附材料相比，多孔氮化硼材料作为吸附剂使用时更具有优势。氮化硼材料所含的B-N键与C-C键是等电子体，因此晶体结构与石墨类似，但物理和化学性质与石墨材料存在着明显不同。氮化硼材料具有良好的绝缘性、高温化学惰性和热稳定性。此外，B-N具有C-C键体所不具备的局域极性，作为吸附材料使用时，极性位通常能够改进吸附性质，所以氮化硼材料是理论上是很有希望的在高温或极端条件下稳定使用的高效催化吸附材料。另外，由于氮化硼可以在800℃以上的高温下在空气或有机气氛下使用，吸附后的再生过程相对容易和安全。

目前，国内外关于多孔氮化硼材料的制备及作为吸附剂使用方面的研究已经取得了长足的发展和进步，将氮化硼材料作为吸附剂使用时，具有大的比表面积、发达的孔结构、超强的吸附能力、良好的再生性和安全性，是目前最有应用前景的吸附剂材料。然而多孔氮化硼材料制备的研究中，或多或少还存在一定的问题，如使用硬模板制备多孔氮化硼材料时，如何正确选择符合目标材料粒径、形貌、表面特征的硬模板；模板在被目标材料包覆过程中可能出现团聚、被刻蚀等现象；去除模板的过程可能导致目标材料壳的坍陷、破损且不能完全去除常常伴有一定数量的残留，不利于达到目标材料的高纯度要求。另外，在采用极度危险的酸碱溶液(如HF和NaOH等)去除硬模板的过程中会产生有害的副产物，对环境及其不友好。此外，多孔氮化硼材料性能和应用方面的研究仍需要进一步深入。为此，找到更合理的原料制备多孔氮化硼吸附材料，提高多孔氮化硼材料在环境污水处理方面的潜力，已经成为很多科研人员和产业界人士共同追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，首先提供了一种制备过程非常简单、成本低廉、易于获得的大孔氮化硼纤维。

本发明提供的大孔氮化硼纤维，是将丝瓜络作为碳源模板，通过硼源、氮源置换丝瓜络中的碳元素，从而得到与原有的丝瓜络基体具有相同的孔结构的大孔氮化硼纤维。

本发明通过以天然植物丝瓜络作为碳源模板，采用置换方式使氮化硼替代丝瓜络中的碳元素，既可以达到氮化硼本身所具有的理化性能，同时又可以得到与原有的丝瓜络基体相同的孔隙结构，具有极大的比表面积和超强的吸附能力及表面活性，对环境中重金属离子、染料、有毒气体和有机污染物具有快速而高效的吸附能力，同时具有较强的热稳定性、化学稳定性和抗氧化性。进一步地，本发明大孔氮化硼纤维是通过废弃的丝瓜络作为原材料，廉价易得，成本非常低廉，质量轻，且无需对原料进行加工，产物的产量较大，吸附后材料的再生过程相对容易且安全。

本发明还提供了上述大孔氮化硼纤维的制备方法，包括下述步骤：

将丝瓜络分别用水和乙醇清洗干净，干燥；