一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法

摘要

一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法，涉及一种制备氮化硼的方法，包括以下过程：配料：硼酸、尿素作为原料，丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵作为网络剂，氢氧化钾作为活化剂，蔗糖作硬模板；添加活化剂：先将氢氧化钾和硼酸在常温下同时加入到去离子水中、搅拌，制备前驱体粉体，活化制备介孔六方氮化硼：将前驱体粉体置于管式气氛炉中，然后在流动氨气氛下，以每分钟5摄氏度的升温速率升至300摄氏度并保温1～3小时，之后随炉冷却，获得介孔六方氮化硼，再除杂处理得到纯度较高的介孔六方氮化硼。该方法具有生产周期短、原料廉价易得、无毒害、适宜工业化规模生产的特点。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备氮化硼的方法，特别是涉及一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法。

背景技术

介孔六方氮化硼具有化学惰性、高熔点、绝缘性好、高热导率、憎水性和高比表面积等优异性能，在催化、吸附、储氢材料等领域具有很高应用价值和广阔市场应用前景。

多孔材料按着孔径分为三类：孔径小于2纳米的称为微孔；孔径为2~50纳米的称为介孔；孔径大于50纳米的称为大孔，有时也将小于0.7纳米的微孔称为超微孔。

目前制备介孔六方氮化硼的方法主要有模板法、高温分解法和水热合成法。模板法是使用具有特定结构的物质去引导氮化硼的组装与制备，把模板结构复制到产物中的过程。利用模板法制备介孔氮化硼的优点是可以控制介孔氮化硼的结构、形状和尺寸，实现介孔氮化硼的组装与合成同时进行，缺点是合成温度过高，主要在1000摄氏度以上。高温分解法是在高压、高温、催化剂、通直流电等特定条件下，一种物质分解成两种或两种以上物质的方法，该方法主要利用有机物做前驱体，成本高，分解温度也很高，且制备过程中多种参数，如有机物的干燥速率、分解温度、分解持续时间、溶液密度等都可能影响到产物的孔结构。水热合成法是一种以水溶液或其他溶剂作为反应介质，使水或溶剂在加热过程中蒸发自身创造一个高压、高温反应环境，使得通常不溶或难溶的物质溶解并重结晶的方法。此方法的优点是产物纯度高，分散性好、粒度易控制，合成温度低；缺点是合成周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法，该方法利用活化方法制备介孔六方氮化硼，具有生产周期短、原料廉价易得、无毒害、适宜工业化规模生产的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法，所述方法包括以下过程：

1. 配料：硼酸、尿素作为原料，丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵作为网络剂，氢氧化钾作为活化剂，蔗糖作硬模板；

2.添加活化剂：先将氢氧化钾和硼酸在常温下同时加入到去离子水中、搅拌，待完全溶解后加入蔗糖、尿素、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，混溶后置于65~70摄氏度恒温水浴中充分搅拌，待完全溶解后加入过硫酸铵，继续搅拌，直至形成凝胶，使活化剂均匀分散在凝胶前驱体中；

3.制备前驱体粉体：将凝胶前驱体放在干燥箱中60摄氏度干燥24小时，然后在箱式电阻炉内200~240摄氏度下保温2小时，彻底烘干脱水后研磨得到前驱体粉体；

4.活化制备介孔六方氮化硼：将前驱体粉体置于管式气氛炉中，然后在流动氨气氛下，以每分钟5摄氏度的升温速率升至300摄氏度并保温1~3小时，继续以每分钟10摄氏度的升温速率升至760~825摄氏度之间，进行活化合成并保温2~4小时，之后随炉冷却，获得介孔六方氮化硼；

5.除杂处理：为了提高合成的介孔六方氮化硼的纯度。待冷却到室温以后，将介孔六方氮化硼取出，先用稀盐酸进行酸洗，再用去离子水进一步清洗，清洗后的介孔六方氮化硼放入烘箱60摄氏度干燥24小时，最后将干燥后的介孔六方氮化硼置于快速升温电阻炉中600摄氏度除碳3小时，最终得到纯度较高的介孔六方氮化硼。

2.根据权利要求1所述的一种利用活化方法制备介孔六方氮化硼的方法，其特征在于，所述硼酸质量百分数为19~28%，蔗糖质量百分数为11~20%，氢氧化钾质量百分数为7~14%，尿素的质量百分数为33~45%；网络剂的总质量为原料总质量的9~20%，且丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵这三部分的质量配比为140:4:25。

本发明的优点与效果是：

本发明利用活化方法制备介孔六方氮化硼。该发明在流动氨气氛下、合成温度在760~825摄氏度范围内活化制备介孔六方氮化硼，其比表面积在329.4 ~405.1平方米每克之间，孔体积在0.49~0.545立方厘米每克之间，平均孔径在4.81~6.36纳米之间。在活化过程中，活化剂氢氧化钾一方面与有机物中的碳氢链发生化学反应生成氧化钾和碳酸钾外，还与硼酸反应，生成氧化钾。一方面通过生成的氧化钾和碳酸钾与碳反应来消耗碳，生成一氧化碳气体，使孔隙发展；另一方面，反应生成金属钾，当活化温度超过金属钾沸点时，钾蒸气扩散，在反应物和生成物中穿行，也会创造出新的孔隙，达到活化制备介孔六方氮化硼的目的。该发明具有生产周期短、原料廉价易得、无毒害、工艺简单、适宜工业化规模生产的特点。

附图说明

图1是实施例1所得产物的X射线衍射图谱；

图2是实施例1所得六方氮化硼的等温吸附-脱附曲线；

图3是实施例1所得介孔六方氮化硼的孔体积分布图；

图4是实施例1所得介孔六方氮化硼的透射电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详述。

实施例1

一种介孔六方氮化硼的活化制备方法为：

1.配料：利用电子天平分别称取硼酸7.8克、蔗糖7克、氢氧化钾3.5克，尿素15克和网络剂4.346克。其中，丙烯酰胺3.6克、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.103克、过硫酸铵0.643克，待用。

2. 添加活化剂：先将氢氧化钾和硼酸在常温下同时加入到去离子水中、搅拌，待完全溶解后加入蔗糖、尿素、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，混溶后置于70摄氏度恒温水浴中充分搅拌，待完全溶解后加入过硫酸铵，继续搅拌，直至形成凝胶，使活化剂均匀分散在凝胶前驱体中。

3.制备前驱体粉体：将前驱体凝胶放在干燥箱中60摄氏度干燥24小时，然后在箱式电阻炉内220摄氏度保温2小时，彻底烘干脱水后研磨得到前驱体粉体。

4.活化制备介孔六方氮化硼：将前驱体粉体置于管式气氛炉中，然后在流动氨气氛下，以每分钟5摄氏度的升温速率升至300摄氏度并保温2小时，继续以每分钟10摄氏度的升温速率升至780摄氏度，进行活化合成并保温3小时，之后随炉冷却，获得介孔六方氮化硼。

5.除杂处理：为了提高合成的介孔六方氮化硼的纯度。待冷却到室温以后，将介孔六方氮化硼取出，先用稀盐酸进行酸洗，再用去离子水进一步清洗，清洗后的介孔六方氮化硼放入烘箱60摄氏度干燥24小时。最后将干燥后的介孔六方氮化硼置于快速升温电阻炉中600摄氏度除碳3小时，最终得到纯度较高的介孔六方氮化硼。

由图1可以看出，合成产物的X射线衍射图谱上为六方氮化硼的衍射峰，即所生成的产物为六方氮化硼，没有其它的杂质相。由图2可知，曲线类型为第Ⅳ型，且出现明显的滞后环，表明六方氮化硼为介孔材料。由图3可知，介孔六方氮化硼的孔径分布范围在1.8~46纳米之间。从图4进一步证实所得六方氮化硼为介孔材料。

实施例2

一种介孔六方氮化硼的活化制备方法为：

1.配料：利用电子天平分别称取硼酸8克、蔗糖6.8克、氢氧化钾3克、尿素15克和网络剂5.07克。其中，丙烯酰胺4.2克、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.12克、过硫酸铵0.75克，待用。

2.添加活化剂：先将氢氧化钾和硼酸在常温下同时加入到去离子水中、搅拌，待完全溶解后加入蔗糖、尿素、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，混溶后置于65摄氏度恒温水浴中充分搅拌，待完全溶解后加入过硫酸铵，继续搅拌，直至形成凝胶，使活化剂均匀分散在凝胶前驱体中。

3.制备前驱体粉体：将凝胶前驱体放在干燥箱中60摄氏度干燥24小时，然后在箱式电阻炉内200摄氏度下保温2小时，彻底烘干脱水后研磨得到前驱体粉体。

4.活化制备介孔六方氮化硼：将前驱体粉体置于管式气氛炉中，然后在流动氨气氛下，以每分钟5摄氏度的升温速率升至300摄氏度并保温3小时，继续以每分钟10摄氏度的升温速率升至800摄氏度，进行活化合成并保温2小时，之后随炉冷却，获得介孔六方氮化硼。

5.除杂处理：为了提高合成的介孔六方氮化硼的纯度。待冷却到室温以后，将介孔六方氮化硼取出，先用稀盐酸进行酸洗，再用去离子水进一步清洗，清洗后的介孔六方氮化硼放入烘箱60摄氏度干燥24小时。最后将干燥后的介孔六方氮化硼置于快速升温电阻炉中600摄氏度除碳3小时，最终得到纯度较高的介孔六方氮化硼。

实施例3

一种介孔六方氮化硼的活化制备方法为：

1.配料：利用电子天平分别称取硼酸7.8克、蔗糖6.6克、氢氧化钾4克、尿素12克和网络剂3.38克。其中，丙烯酰胺2.8克、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.08克、过硫酸铵0.5克，待用。

2. 添加活化剂：先将氢氧化钾和硼酸在常温下同时加入到去离子水中、搅拌，待完全溶解后加入蔗糖、尿素、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，混溶后置于70摄氏度恒温水浴中充分搅拌，待完全溶解后加入过硫酸铵，继续搅拌，直至形成凝胶，使活化剂均匀分散在凝胶前驱体中。

3.制备前驱体粉体：将前驱体凝胶在干燥箱中60摄氏度干燥24小时，然后在箱式电阻炉内240摄氏度保温2小时，彻底烘干脱水后研磨得到前驱体粉体。

4.活化制备介孔六方氮化硼：将前驱体粉体置于管式气氛炉中，然后在流动氨气氛下，以每分钟5摄氏度的升温速率升至300摄氏度并保温1小时，继续以每分钟10摄氏度的升温速率升至825摄氏度，进行活化合成并保温4小时，之后随炉冷却，获得介孔六方氮化硼。

5.除杂处理：为了提高合成的介孔六方氮化硼的纯度。待冷却到室温以后，将介孔六方氮化硼取出，先用稀盐酸进行酸洗，再用去离子水进一步清洗，清洗后的介孔六方氮化硼放入烘箱60摄氏度干燥24小时。最后将干燥后的介孔六方氮化硼置于快速升温电阻炉中600摄氏度除碳3小时，最终得到纯度较高的介孔六方氮化硼。