Page 59 - 《精细化工》2020年第11期
P. 59

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                                 ·2205·


            性方面，氮化硼基气凝胶的制备也是一个重要的方                             分别为 331 和 530 mg/g，在吸附过程中，由于溶液
            向。ROUSSEAS 等     [43] 先采用超临界 CO 2 干燥技术制            呈弱酸性，使得多孔 BNNR 表面具有大量负电荷，
            备了石墨烯气凝胶，然后通过氧化硼碳热还原和同                             增强了其静电吸附；其次，由于在制备过程中，多
                               2
            时氮化反应制备了 sp 键氮化硼气凝胶，依此方法制                          孔 BNNR 边缘及内部的 B—N 键断裂后表面具有很
                                                2
                                                                                                   2+
                                                                                                         2+
            备的氮化硼气凝胶比表面积高达 1200 m /g。ZHANG                     多活性化学键，这一变化也会影响对 Cu 和 Cd 的
            等 [44] 以聚乙烯醇（PVA）作为骨架，负载 BNNSs，                    吸附。
            采用冷冻干燥法制备了氮化硼改性 PVA 气凝胶。通                          3.2   阴离子污染物
            过引入氮化硼，使得 PVA 由亲水性材料变为了疏水                              KARTHIKEYAN 等    [37] 制备了 h-BN@x% Pani 复
            性材料，这种处理使得气凝胶能够处理水中的有机                             合材料（x =1、2、5），用于去除水中的磷酸盐和硝
            污染物，且容易与水分离。但是，作者并未考察吸                             酸盐，结果表明，由于材料表面的活性官能团（如
            附污染物后的解吸以及重复利用性；其次，考虑到                             —NH 2 等）以及杂化复合材料的协同作用，使其对
            材料的疏水性，对于水溶性的离子污染物是否具有                             磷酸盐和硝酸盐表现出良好的吸附性能，对两种离子
            吸附效果有待论证。                                          的吸附量分别达到 106.04 和 57.805 mg/g。同时，对
                 氮化硼材料的改性使其具有更加优异的特性。                          该吸附材料进行多次吸附-解吸循环后，仍然有良好
            在诸多改性方法中，复合改性由于操作上的灵活性，                            的吸附效果。通过 FTIR 和 XPS 分析表明，h-BN@5%
            以及可与氮化硼复合的材料多样等特点，使得复合                             Pani 复合材料对磷酸盐和硝酸盐吸附主要受静电作
            改性成为研究者们青睐的方法。此外，由于氮化硼                             用、离子交换作用和络合作用的驱动。SONG 等                    [31]
            本身粒径小，使其容易与一些具有大孔径的材料复                             用铝改性氮化硼，吸附水中的氟离子。吸附实验结
            合。且由于氮化硼材料的物理及化学稳定性十分优                             果表明，BNNSs 和 BNNSs-Al-2 对氟离子均有较高的
            异，使其能在多种环境下与其他材料复合。考虑到                             吸附率，吸附过程符合动力学拟二级模型。而且经
            多孔材料的孔隙特性以及氮化硼本身致密的物理结                             过 Langmuir 模型计算材料的吸附容量为 50.51 mg/g。
            构，后续对于大孔径吸附材料与氮化硼复合是一个                             值得注意的是，复合材料与 Freundlich 模型有更好
                                                               的拟合度，说明氟离子在该材料上的吸附为多层吸
            很重要的发展方向。如何利用单一材料间的结合特
                                                               附，且静电作用机理在吸附过程中起重要作用。
            性将氮化硼负载到其他大孔材料上且保持结构稳定
                                                               3.3   有机污染物
            的同时能持续处理水体中的污染物是研究者亟待解
                                                                   WANG 等   [30] 制备了镍掺杂的 BNNTs，用于去除
            决的主要问题。
                                                               水中的 TCDD，经镍掺杂后，BNNTs 对 TCDD 的吸
            3   氮化硼基材料对水中污染物的去除及其                              附活性有显著提高，这得益于镍原子增加了污染物

                吸附机理                                           和吸附材料之间的吸附作用。SONG 等                [47] 制备氮化
                                                               硼束用于去除水中的磺胺嘧啶（SDZ）、土霉素
            3.1   重金属离子                                        （OTC）和红霉素（EM），实验结果表明，氮化硼
                 氮化硼基材料由于其良好的重金属离子吸附特                          对 SDZ、OTC、EM 的吸附量分别达到了 82.19、92.89、
            性，在重金属离子吸附领域已有较多应用。OH 等                     [45]   92.15 mg/g。另外，研究者还发现相对分子质量越大
            利用不同温度下制备的六方氮化硼吸附水中的                               的污染物吸附量越少，这可能是由于相对较小的分
            Cu(Ⅱ)和 Ni(Ⅱ)，研究结果表明，BN-750（在 750  ℃                子比较容易进入微孔内部并在活性中心上吸附。通
            下制备）对于这两种离子的吸附效果很明显，且在                             过对各污染物的吸附过程进行拟合，发现 Langmuir
            30 min 时就已完全达到吸附平衡，同时该材料对于                         模型更好地符合 3 种抗生素吸附，表明吸附过程是
            Cu(Ⅱ)（200 mg/g）有更高的选择吸附性，是 Ni(Ⅱ)                   单分子层吸附，而且对其吸附动力学研究发现，动
            （85 mg/g）的两倍多。其吸附过程符合 Langmuir                     力学拟二阶模型能更好地描述实验数据，证明 3 种
            等温线和 Sips 等温线。通过 XPS 和 FTIR 分析发                    抗生素在该氮化硼表面的吸附为化学吸附。
            现，其表面的含氧官能团（特别是 B—O 官能团）                               通过对氮化硼基材料对水体中各种污染物去除
            在吸附过程中对于 Cu(Ⅱ)和 Ni(Ⅱ)的静电吸附和络                       效果的研究表明，氮化硼基材料对于水体中的各类
            合起着重要的作用。刘涛            [46] 用高温固相合成法制备             污染物均有较好的去除效果，这得益于其表面丰富
            了多孔氮化硼纳米带（BNNR）用于去除水中的 Cu                    2+    的官能团，以及结构上的多孔特性。同时，在众多
                 2+
            和 Cd ，这种大宽度纳米带结构以及较大的比表面                           污染物中，氮化硼基材料对于常见的重金属离子污
                     2
            积（866 m /g）使得氮化硼表面更容易产生大量官能                        染物（Cd、Cr、Pb、Cu 等）的去除效果要好于其他
                                          2+
                                                 2+
            团。吸附结果表明，该材料对 Cu 和 Cd 的吸附量                         水体污染物。但是，相较于常见的活性炭材料，其
   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64