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六方氮化硼廢料再利用研究新進展
氮化硼(BN)是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體。具有四種不同的變體:六方氮化硼 (hBN)、菱方氮化硼 (rBN)、立方氮化硼 (CBN)和纖鋅礦氮化硼(wBN)。其中立方氮化硼在上世紀(jì)五十年代被研制出，其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料，它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。立方氮化硼具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，用其制作的磨具的磨削性能十分優(yōu)異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產(chǎn)率，還能有效地提高工件的磨削質(zhì)量。
工業(yè)生產(chǎn)中，六方氮化硼(hBN)是合成立方氮化硼(cBN)的原料。在高溫高壓條件下，hBN 在金屬等多種催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為 CBN。反應(yīng)結(jié)束后，大量(30%~50%)未轉(zhuǎn)化的 hBN作為廢物處理，造成資源浪費?；诃h(huán)境需要和企業(yè)提高效益來說，廢料氮化硼的處理和回收再利用是一項很重要的課題。
在制備 CBN的過程中，高溫高壓使金屬催化劑嵌入到hBN表面，在hBN表面引入了大量的晶格缺陷。這種改性處理有可能使氮化硼廢料具有光催化性能。
圖1為h-BN廢料的(a)XRD和(b)SEM圖像如圖1a所示，廢料的主要相為 hBN，但仍能看到一些雜質(zhì)相。這些雜質(zhì)主要是催化劑或葉蠟石，難以確定物相。如圖1b所示，hBN 廢料的粒徑非常不規(guī)則但粒徑較小，約為1~10 微米。
圖2為hBN原料和hBN廢料的 DRS。hBN原料在紫外光下的吸光度明顯較差，在可見光和紅外光下的吸光度很弱。hBN 廢料在全光譜范圍內(nèi)的吸光度明顯提高。特別是隨著可見光波長的增加，其吸光度也相應(yīng)增加。由此可分析，hBN 廢料比 hBN 原料具有更好的光催化活性。
圖3是hBN的XPS圖譜對比
圖4表示hBN廢棄物對三種染料的可見光催化降解結(jié)果。hBN廢棄物對這些有機污染物的降解能力很弱，但是在雙氧水 H202的幫助下，它的光催化性能可顯著提高。hBN 廢棄物與H202對有機污染物具有很好的協(xié)同降解效果。在 H202的協(xié)同作用下，hBN 廢棄物降解甲基橙(MO)、亞甲基藍(MB)和羅丹明(RhB)的時間分別為30min、60min和80min，降解率為99%。
總的來說，本研究通過充分利用 hBN 廢料，提供了一種新的光催化劑。它幫助“變廢為寶”進行二次利用。通過添加輔助劑 HO2后,hBN廢料在30~80 min 內(nèi)幾乎完全降解了不同的染料。這說明氮化硼廢料在光催化處理有機污染物方面具有很高的潛力。
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