Page 55 - 《精细化工》2020年第11期
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第 11 期                魏   柏，等:  氮化硼基材料制备及其对水体污染物去除的研究进展                                 ·2201·


            料相比，这一特性使得氮化硼的应用范围更加广泛，                            程中，如十二烷基硫酸钠等活化剂的加入也会影响
            对污染水体的包容性也更高。得益于氮化硼材料制                             最终氮化硼的形态和孔结构             [13-14] 。
            备方法的多样，使得制备出的氮化硼材料具有不同                                 在煅烧过程中，温度是一个很重要的影响因素，
            的结构和形态。基于以上优点，氮化硼作为一种吸                             温度的高低直接影响最终氮化硼的产率和形态。
            附材料，具有很好的发展前景。由于氮化硼单体结                             ZHANG 等  [15] 通过设置不同的煅烧温度（625、650、
            构上的致密性以及表面官能团的数量及种类有限等                             675、700  ℃）发现，当温度较低（625、650  ℃）
            特点，使得单体氮化硼在水体污染物去除领域的应                             时，h-BN 的产率较低，而当温度升高时，不仅制得
            用十分有限。因此，对于氮化硼的改性研究也具有                             的微球球径更均匀，而且吸附效果也显著增强。这
            重大意义。但是，目前对于氮化硼的制备改性并应                             可能是由于温度的提高能促进先驱体中 NH 3 等气体
            用于水污染治理相关的文献却较少。                                   的挥发，气体逸出时，在先驱体表面形成大量小孔，
                 本文介绍了氮化硼的多种制备和改性方法，并                          提高了 h-BN 的比表面积。
            总结了各方法的优缺点，为后续更加高效的制备方                             1.2   化学气相沉积法
            法的开发提供思路，并较为全面地总结了氮化硼基                                 化学气相沉积法作为一种材料合成的新技术，
            材料对于水中污染物的去除效果及去除机理。同时，                            目前已得到广泛应用。化学沉积法制备氮化硼是将
            通过分析影响氮化硼基材料对水体污染物去除的因                             气态的硼源和氮源通过载气导入反应室内，在高温
            素，以期为未来氮化硼基材料应用于实际水体中提                             条件下，气体原料之间发生反应，在基体表面生成
            供参考。                                               氮化硼颗粒。此方法的优点是制备的氮化硼纯度高，
                                                               但是制备过程复杂，制备条件苛刻。STEHLE 等                   [16]
            1   氮化硼的制备
                                                                         [17]
                                                               和 KHAN 等 以环硼氮烷（B 3 H 6 N 3 ）为前体，以铜
                 目前，氮化硼的制备主要包括 4 种方法：先驱                        箔为基体，使生成的 h-BN 附着于铜箔表面。反应示
                                                        [9]
            体法、化学气相沉积法、传统高温法、水热法等 。                            意图见图 1。STEHLE 等       [16] 以 0.5 L/min 的含体积分
            1.1   先驱体法                                         数为 2.5%氢气的氩气气流作为载气，在 1065  ℃下
                 先驱体法是制备氮化硼使用最广泛的方法。此                          沉积 30 min，在此条件下生成的 h-BN 粒径可达
            方法的大致步骤是先将氮源和硼源加热溶解后，形                             2 μm，且随着气流速率的加大，晶体尺寸增大。
            成液体状的先驱体，之后干燥形成固体，最后将固                                 制备过程中，基底的种类、基底表面的预处理、
            体先驱体进行高温焙烧，经水洗、烘干等后续处理                             生长温度和气氛、沉积时间和前驱体剂量等因素都
                           [9]
            制成氮化硼成品 。此方法的优点是制备出的氮化                             会影响 h-BN 的沉积。PETROVIC 等          [18] 发现由于不
            硼纯度较高、形态多样（棒状、薄片、颗粒状等），                            同基体与氮化硼的相互作用强度不同，从而导致最
            而且可供选择的氮源和硼源种类多样。但是，此方                             终生成的氮化硼薄膜的形态有很大差异，在弱相互
            法存在制备条件较苛刻（需高温通氮气等保护气）                             作用的基底上（如铜和铂等）生成的氮化硼会产生
            的缺点。                                               大量褶皱，而且即使在同一基底（铱）上生成的氮
                 XUE 等 [10] 以高纯度的硼酸和三聚氰胺为原料，                   化硼也有梯形和三角形状。采用化学气相沉积法制
            按 n(硼酸)∶n(三聚氰胺)=6∶1 溶于水，干燥并使其                      备的氮化硼大都是纳米片状而非传统的颗粒状产
            形成溶胶-凝胶先驱体，之后将所得粉末在氮气保护                            物，而且可以通过控制进气速率以及反应温度来调
            下放入化学气相沉积（CVD）炉中煅烧，冷却后将                            整生成的纳米片的厚度，由于反应物的纯度非常高，
            样品放入盐酸溶液中搅拌 10 h 去除副产物，最后经                         使得制备出的 h-BN 纯度以及理化性质也十分优异，
            过滤、水洗、干燥后制得 h-BN 纤维。产物的比表                          当气体反应物的成分发生变化时，生成的氮化硼薄
                          2
            面积高达 627 m /g。                                     膜的大小、形状以及厚度也会不同，甚至直接决定
                 在用先驱体法制备氮化硼的过程中，多种因素                          是否能生成氮化硼。YU 等            [19] 用氟化硼、氮气、氢
            会影响到最终氮化硼产品的质量以及表观特征。首                             气作为反应气体，采用化学气相沉积法制备氮化硼
            先，在先驱体的制备这一环节中，氮源和硼源的种                             纳米薄片（BNNSs）。研究发现，BNNSs 的生成受
            类和比例的不同会影响先驱体的形貌和孔结构，进                             反应物的影响很大，且如果不加入氢气或氟化硼的
            而影响最终氮化硼产物的结构及性能                  [11-12] 。目前，     含量较低时，氮化硼无法生成。SHI 等                [20] 研究了化
            用于制备氮化硼的氮源和硼源很多。硼源主要有硼                             学气相沉积法制备氮化硼薄膜时，反应物中存在氧
            酸、氧化硼、硼砂等，而氮源有尿素、三聚氰胺、                             气时对氮化硼生成过程的影响。结果表明，有氧气
            氨气、缩二脲、氯化铵等。同时，在先驱体制备过                             存在时，用于氮化硼生成的基底和反应气体会被氧
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