[发明专利]一种氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：室温下将HMT和CaCl₂分散在水中，溶液澄清透明后倒入水热釜中，放置γ‑Al₂O₃薄膜后进行水热反应，水热完成后将薄膜取出，清洗薄膜表面然后进行干燥；将干燥后的薄膜置于水热釜中，再加入Na₂SiO₃·9H₂O并进行水热反应，取出薄膜并清洗薄膜表面然后干燥即得γ‑Al₂O₃@CS复合薄膜。制备的薄膜对Pb(II)的有较高吸附量和极高的去除率，对初始浓度为80mg/L的Pb(II)去除率达到99.99％，能达到国家对含Pb(II)废水的排放标准，吸附完成后易于从水体中分离，大大节省了分离成本。

技术领域

本发明属于氧化铝/硅酸钙复合材料领域，具体涉及一种氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

到目前为止，大量含有过量重金属离子的工业废水已被排放到环境中，严重威胁了生态系统的可持续发展，对人类健康造成极大危害。例如，Pb(II)和Cu(II)是典型的重金属离子，铅中毒会导致人体贫血，对神经系统和消化系统也会造成影响。中国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定水Pb(II)上限为0.01mg/L，Cu(II)为1.0mg/L。因此，探索新技术和新材料来完全去除水中过量重金属离子，使其达到饮用水标准是当务之急。目前处理这些废水的大致方法有化学处理、生物处理、膜分离以及吸附。其中，吸附法具有操作简便、二次污染小等优点被广泛应用。

钙离子在饮用水中的含量最高可达450mg/L，因此，以离子交换为吸附原理的硅酸钙材料在吸附领域受到的关注越来越高。中国专利文献CN107855106A公开了一种用于吸附复合污染物Zn(II)-甲基橙的活性炭负载介孔硅酸钙的制备方法，即将活性炭研磨分散在水中并滴加可溶性硅酸盐溶液，最后原位合成介孔硅酸钙。该吸附剂兼具了对重金属和有机物的优异吸附性能。中国专利文献CN108043356A公开了一种磁性核壳型多孔硅酸钙材料的制备方法，该方法将磁核和多孔硅酸钙复合，使得硅酸钙吸附后可在外加磁场的作用下分离。

上述吸附剂均为粉体吸附剂，在吸附过程中会产生团聚现象，是吸附效率降低，吸附完污染物的粉体也不易从水体中完全分离或是借助外加磁场的作用，使分离成本大大增加。因此吸附后易于分离的薄膜吸附材料更具有优势。

中国专利申请CN105107486A公开了一种拟薄水铝石复合薄膜的制备方法，该薄膜吸附对吸附Cr(VI)有较好效果。中国专利文献CN105498699A公开了一种氨基硅烷改性γ-Al₂O₃薄膜的制备方法，也是用于吸附重金属Cr(VI)。的确，γ-Al₂O₃作为一种耐酸碱好、比表面积大、表面富含羟基的材料一直被应用于吸附领域，但是其表面羟基与金属阳离子的结合能力极差，因此一直被应用于吸附阴离子污染物。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜的制备方法。

本发明所要解决的关键技术问题是：通过沉淀剂六次甲基四胺(HMT)的作用，在水热条件下使得事先溶于水中的钙离子析出并沉积在γ-Al₂O₃薄膜上，再把薄膜浸润在硅酸钠的水溶液中第二次水热，使表面沉积的钙转化为硅酸钙，最终得到对Pb(II)吸附性能好、吸附后易于从水体中分离并可再生循环使用的分等级γ-Al₂O₃@CS复合薄膜。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜。

本发明的再一目的在于提供上述氧化铝/硅酸钙分等级复合薄膜的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：