[发明专利]一种多孔硅酸镁复合吸附膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔硅酸镁复合吸附膜其制备方法。本发明首次采用两步水热法，先在基底上生长碱式碳酸镁薄片，再利用碱式碳酸镁薄片作为镁源制备硅酸镁，最终得到多级孔结构的多孔硅酸镁复合吸附膜。相较于传统的法，本方法避免了使用乙醇等易燃易爆有机溶液为溶剂，使该方法可选用更多种的材料作为基底，同时制备过程简单、绿色，更有利于实现规模化生产；而相较于单纯的粉体吸附材料，具有操作简便、易分离回收的优点，且对重金属离子吸附性能优秀，具有广阔的市场应用前景。本发明还提供一种多孔硅酸镁复合吸附膜，所述多孔硅酸镁复合吸附膜呈多级孔结构。

技术领域：

本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种多孔硅酸镁复合吸附膜的材料及其制备方法。该材料可用于金属离子的吸附分离等领域。

背景技术：

我国是全球人均水资源最贫乏的国家之一，但同时，随着我国工业的快速发展，大量含有毒有害重金属离子的工业废水流入生态系统。据环保部《2015中国环境状况公报》，我国地下水资源受污染总量超过60％，各种有毒有害金属离子含量严重超标。而由重金属污染导致的安全事故也时有发生，近期更爆出“河北17万平方米污水坑”事件，据报道，其中相当一部分重金属离子含量超地表水环境质量Ⅴ类标准，极可能对当地水土壤资源造成严重污染。因此，发明一种高效、快速、实用性强的去除水中有毒有害金属离子的材料和方法具有十分重要的科学意义和社会价值，同时也是关系到我国经济和社会长期稳定可持续发展的重要问题。

吸附法因操作简便、环境友好等特点，是目前最常用的污水处理方法之一，其核心是开发高效且实用的吸附材料。目前研究和应用较多的吸附材料有沸石、硅胶、活性碳以及硅酸盐等。其中硅酸镁因其独特的层状结构、特殊的表面电荷特性以及对金属离子的突出的吸附能力，而受到了人们的广泛关注。

但目前合成的硅酸镁吸附材料多为粉体，不利于吸附后与水溶液分离。例如文献(新型硅镁胶的合成与吸附性能,韩文军,中国海洋大学,2012)合成的新型硅镁材料，在室温下对Zn2+的吸附性能为18.4mg/g。但在实际操作中，吸附后的粉体难以从溶液中完全分离，一旦随溶液排走，易造成二次污染。

将吸附材料制备成具有一定宏观尺寸和强度的薄膜，是解决吸附后固液分离问题的有效途径。文献(Adsorption of Pb(II)and Cu(II)ions from aqueous solution byan electrospun CeO2nanofiber adsorbent functionalized with mercapto groups,SYaria,S Abbasizadehb,S Mousavib,M Moghaddamc,A Moghaddamb,ProcessSaf.Environ.,2015,94,159–171)使用CeO2作为吸附剂，与PVP、P123和TMPTMS共混，制备了具有吸附能力的电纺纤维膜，对Cu2+的吸附性能为70mg/g。但由于起吸附作用的CeO₂在成型过程中不可避免的会被其它组分包裹，有效组分得不到充分暴露，导致吸附位点减少和传质不畅，不利于性能的充分发挥。

文献(Sandwichlike Magnesium Silicate/Reduced Graphene OxideNanocomposite for Enhanced Pb2+and Methylene Blue Adsorption,C Gui,Q Wang,SHao,J Qu,P Huang,C Cao,W Song,Z Yu,ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6,14653-14659)以氧化石墨烯作为模板，采用典型的法，先在氧化石墨烯上生长一层硅膜，再以此硅膜作为硅源合成硅酸镁，最终得到了三明治状的硅酸镁/氧化石墨烯复合吸附材料。其硅酸镁吸附剂生长在石墨烯表面，有效提高了吸附剂利用率，更利于吸附剂与吸附质充分接触。但是，一方面，此方法以硅烷作为硅源，使得反应时不可避免的需要用到甲醇、乙醇等易燃易爆有机物作为硅烷的溶剂，增加了大规模生产时的危险性。另一方面，载体单一，限制了材料的使用范围。

发明内容：