一种氮化硼吸附材料的制备方法、制得的吸附材料及其应用与流程

1.本发明涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种氮化硼吸附材料的制备方法、制得的吸附材料及其应用。


背景技术：

2.随着工业化和经济化程度的提高，部分工厂并未严格按照国家规定排放工业污水，致使排入环境中的污水中含有大量的重金属铬离子，重金属不仅严重污染环境，而且会通过食物链富集进入人体，对人类健康造成严重危害。已经开发出了多种方法，如化学共沉淀，离子交换，生物修复，膜过滤，反渗透，电化学处理和吸附等，以去除废水中的镉。吸附技术已被证明是可行，经济，去除率高的方法，被广泛用于重金属污染的废水处理。因此，寻求一种高效，高效，适应性强，环境友好，成本低廉的有效吸附剂具有重要意义和困难。在这方面，研究的材料包括公告号为cn106277167b发明的sio2气凝胶微球，公告号为cn101348297b发明的利用具有磁性的微粒(四氧化三铁)吸附废水中的重金属离子以及公告号为cn103143323b发明的一种吸附铬和砷的改性有机膨润土包膜材料，并且不断开发出更多的材料用于从水溶液中去除铬离子。
3.活性氮化硼(abn)具有比表面积大，孔隙度高，表面存在大量的官能团等特征，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性且b-n键具有c-c键体不具备的局域极性，使其可以作为在高温或极端条件下稳定使用的高效吸附材料。如公告号为cn109706549b的发明专利公开将复合氮化硼吸附材料应用于高温烟气中重金属与细颗粒物的吸附。
4.公告号cn106744736b的发明专利公开用于水处理的活性多孔氮化硼纳米片的合成方法，但是其对水中重金属污染物的吸附能力不超过80％。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种对重金属吸附能力佳的氮化硼吸附材料的制备方法及制得的氮化硼吸附材料。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
7.一种氮化硼吸附材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化硼、聚苯胺、浓盐酸、过硫酸铵、溶剂混合，于4-6℃聚合反应，反应结束后，纯化，得到氮化硼吸附材料；所述氮化硼的质量、聚苯胺的体积与过硫酸铵的质量之间的比值为0.5g：3.65ml：9.128g。
8.有益效果：本发明制备方法简单，制备原料价廉易得，产物比表面积大，孔隙度高，表面存在大量的官能团等特征，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性且b-n键具有c-c键体不具备的局域极性，化学及物理性能优异，环境稳定性好，本发明中的氮化硼吸附材料能够实现对重金属离子的高效吸附，具有广阔的市场应用前景。
9.本发明通过聚苯胺和过硫酸铵对氮化硼进行表面改性，同时产生聚合反应，增强其吸附性能，若氮化硼、聚苯胺、过硫酸铵的配比不在上述记载的范围内时，聚合反应没有办法性能，会降低产物的吸附效果。
10.优选地，所述溶剂为水。
11.优选地，将浓盐酸与水混合后分成等量的两份，其中一份加入过硫酸铵，另一份加入氮化硼和聚苯胺，然后将这两份混合液混合搅拌后反应。
12.有益效果：为防止氮化硼直接与过硫酸铵接触并反应，使聚合反应无法开始，因此，将氮化硼和过硫酸铵分开混合。
13.优选地，所述氮化硼主要由三聚氰胺、硼酸和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物合成。
14.优选地，所述氮化硼的制备方法包括以下步骤：将硼酸和三聚氰胺溶于水中，调节溶液ph至6.0-7.0，然后加入聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，将混合液加热至65-95℃，反应结束后降温至出现白色絮状物沉淀，过滤得到固体，将固体在保护气氛下900-1200℃热处理1-5h，降温后得到氮化硼。
15.有益效果：本发明利用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行改性，使制备的氮化硼比表面积更大，更有利于吸附效果的提高。
16.且该制备方法中先聚合再焙烧，使氮化硼不仅具有大的比表面积，而且表面还有丰富的羟基，有利于吸附性能的提高，如果采用其他的方法，氮化硼表面的羟基数量会急剧减小，从而使其吸附性能下降。
17.优选地，将反应后得到的产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性，洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时。
18.优选地，所述硼酸和三聚氰胺的摩尔比为2:1。
19.优选地，所述聚合温度为5℃。
20.采用上述制备方法制得的氮化硼复合吸附材料。
21.有益效果：本发明制得的氮化硼复合吸附材料化学及物理性能优异，环境稳定性好，本发明中的氮化硼吸附材料能够实现对重金属离子的高效吸附，具有广阔的市场应用前景。
22.采用上述制备方法制得的氮化硼复合吸附材料在吸附重金属离子中的应用。
23.有益效果：本发明中的氮化硼吸附材料能够实现对重金属离子的高效吸附。
24.优选地，所述重金属离子为铬离子或铅离子。
25.本发明的优点在于：本发明制备方法简单，制备原料价廉易得，产物化学及物理性能优异，环境稳定性好，本发明中的氮化硼吸附材料能够实现对重金属离子的高效吸附，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
28.实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
29.实施例1
30.氮化硼吸附材料的制备方法，具体包括以下步骤：
31.(1)氮化硼材料的制备
32.将3.71g的硼酸和3.78g三聚氰胺溶于去离子水中，用0.1mol/l硝酸调节溶液ph＝6.5；然后边搅拌边加入5g p123。将混合液加热到85℃，6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀，经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中，在流速为150ml/min的n2保护下，以5℃/min速率升温到1100℃，3h后自然降温至室温，所得白色粉末即为氮化硼(abn)。
33.(2)氮化硼吸附材料(pani-abn)的制备
34.用量筒量取400ml水和3.33ml浓盐酸于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀后平均分为两份，在第一个烧杯中加入3.65ml新蒸馏出的聚苯胺和0.5g氮化硼搅拌均匀，为试液a。在另一个烧杯中加入9.128g的过硫酸铵搅拌均匀，为试液b。
35.将试液a和试液b迅速混合后搅拌均匀，用保鲜膜封闭烧杯，然后放入冰箱保持5℃反应15个小时。将产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性。洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时，得到pani-abn复合材料。
36.实施例2
37.氮化硼吸附材料的制备方法，具体包括以下步骤：
38.(1)氮化硼材料的制备
39.将3.71g的硼酸和3.78g三聚氰胺溶于去离子水中，用0.1mol/l硝酸调节溶液ph＝6.5；然后边搅拌边加入5g p123。将混合液加热到85℃，6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀，经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中，在流速为150ml/min的n2保护下，以5℃/min速率升温到1100℃，3h后自然降温至室温，所得白色粉末即为氮化硼(abn)。
40.(2)氮化硼吸附材料(pani-abn)的制备
41.用量筒量取400ml水和3.33ml浓盐酸于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀后平均分为两份，在第一个烧杯中加入7.3ml新蒸馏出的聚苯胺和1g氮化硼搅拌均匀，为试液a。在另一个烧杯中加入18.256g的过硫酸铵搅拌均匀，为试液b。
42.将试液a和试液b迅速混合后搅拌均匀，用保鲜膜封闭烧杯，然后放入冰箱保持5℃反应15个小时。将产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性。洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时，得到pani-abn复合材料。
43.实施例3
44.氮化硼吸附材料的制备方法，具体包括以下步骤：
45.(1)氮化硼材料的制备
46.将3.71g的硼酸和3.78g三聚氰胺溶于去离子水中，用0.1mol/l硝酸调节溶液ph＝6.5；然后边搅拌边加入5g p123。将混合液加热到85℃，6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀，经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中，在流速为150ml/min的n2保护下，以5℃/min速率升温到1100℃，3h后自然降温至室温，所得白色粉末即为氮化硼(abn)。
47.(2)氮化硼吸附材料(pani-abn)的制备
48.用量筒量取400ml水和3.33ml浓盐酸于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀后平均分为两份，在第一个烧杯中加入14.6ml新蒸馏出的聚苯胺和2g氮化硼搅拌均匀，为试液a。在另一个烧杯中加入36.512g的过硫酸铵搅拌均匀，为试液b。
49.将试液a和试液b迅速混合后搅拌均匀，用保鲜膜封闭烧杯，然后放入冰箱保持5℃反应15个小时。将产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性。洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时，得到pani-abn复合材料。
50.对比例1
51.(1)氮化硼材料的制备
52.将3.71g的硼酸和3.78g三聚氰胺溶于去离子水中，用0.1mol/l硝酸调节溶液ph＝6.5；然后边搅拌边加入5g p123。将混合液加热到85℃，6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀，经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中，在流速为150ml/min的n2保护下，以5℃/min速率升温到1100℃，3h后自然降温至室温，所得白色粉末即为氮化硼(abn)。
53.(2)pani-abn复合材料制备
54.用量筒量取400ml水于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀后平均分为两份，在第一个烧杯中加入3.65ml新蒸馏出的苯胺和0.5g氮化硼搅拌均匀，为试液a。在另一个烧杯中加入9.128g的过硫酸铵搅拌均匀，为试液b。
55.将试液a和试液b迅速混合后搅拌均匀，用保鲜膜封闭烧杯，然后放入冰箱保持5℃反应15个小时。将产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性。洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时，得到pani-abn复合材料。
56.对比例2
57.(1)氮化硼材料的制备
58.将3.71g的硼酸和3.78g三聚氰胺溶于去离子水中，用0.1mol/l硝酸调节溶液ph＝6.5；然后边搅拌边加入5g p123。将混合液加热到85℃，6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀，经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中，在流速为150ml/min的n2保护下，以5℃/min速率升温到1100℃，3h后自然降温至室温，所得白色粉末即为氮化硼(abn)。
59.(2)pani-abn复合材料制备
60.用量筒量取400ml水和3.33ml浓盐酸于烧杯中用磁力搅拌器搅拌均匀后平均分为两份，在第一个烧杯中加入3.65ml新蒸馏出的苯胺和0.5g氮化硼搅拌均匀，为试液a。在另一个烧杯中加入9.128g的过硫酸铵搅拌均匀，为试液b。
61.将试液a和试液b迅速混合后搅拌均匀，用保鲜膜封闭烧杯，然后室温下反应15个小时。将产物抽滤后用二次水洗涤至基本为中性，再用无水乙醇和丙酮洗涤至中性。洗涤好后放入烘箱维持在50℃干燥24小时，得到pani-abn复合材料。
62.吸附性能测试
63.测试方法：
64.废水性质：三价铬离子含量100mg/l，ph＝5.60。分别取六个锥形瓶，加入100ml含铬离子的废水，再分别加入1g聚苯胺，1g氮化硼，1g实施例或对比例中的pani-abn复合材料，吸附时间为2h，考察各材料的吸附能力，吸附效果采用紫外-可见光分光光度计测试cr
3
浓度进行计算。
65.单独聚苯胺对铬离子的去除能力有限，吸附作用低于50％，氮化硼对铬离子的吸附作用为60％。实施例1中复合材料的吸附作用在吸附2h时的吸附效果为97.2％，实施例2中复合材料的吸附作用在吸附2h时的吸附效果为98.8％，随着吸附时间的延长，吸附效果会更佳。
66.对比例1中氮化硼吸附材料制备过程中未加入浓盐酸，未调节溶液的ph值，氮化硼复合材料对铬离子的吸附作用仅为92％，对比例2氮化硼复合吸附材料在制备过程中，聚合温度在室温情况下，吸附效果明显下降，吸附作用为95％。
67.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。