表1   膨胀珍珠岩主要化学成分

        实验试剂：盐酸、硫酸铵、四氯化钛、硝酸银、氨水，均购自北京化学试剂公司。
        实验仪器：型号为SX3-10-14的快速升温电阻炉(湘潭市仪器仪表有限公司)、规格为0.5L的真空泵(北京中兴伟业仪器有限公司)、型号为DZKW-D-2的电子恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)、型号为JJ-2的电动搅拌器(江苏金坛市医疗仪器厂)、型号为HL-2的恒流泵(上海沪西分析仪器有限公司)、型号为FW-100的高速万能粉碎机(北京中兴伟业仪器有限公司)、型号为101A-0的数显电热鼓风干燥箱(上海圣欣科学仪器有限公司)、型号为BT-1500的粒度分析仪(丹东百特仪器有限公司)、型号为UV-2000的紫外分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司)、型号为YYZ-300的300W紫外线高压汞灯(北京友仪四方科技发展有限公司)、型号为ST-2000的比表面孔径测定仪(北京市北分仪器技术公司)、型号为AL204的电子分析天平(METTLER-TOLEDO公司)、型号为80-1的高速离心机(上海手术器械厂)。 
        2.2复合材料制备与表征方法
        称取一定量的膨胀珍珠岩和蒸馏水放入三口烧瓶中，置于冰水浴条件下，搅拌同时加入少量的浓盐酸，随后按一定速度滴入一定浓度的 TiCl₄溶液。数分钟后，将按比例配好的硫酸铵溶液滴加到上述溶液中，混合搅拌一段时间后，将混合物水浴加热至一定温度并保温一段时间。然后滴加配制好的氨水溶液，反应一定时间后过滤、洗涤，然后干燥，煅烧，即得到纳米 TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料。用罗丹明 B 检测复合材料的光催化性能，方法如下：罗丹明 B 溶液初始浓度 10mg/L，复合材料 0.1g，高压汞灯光照时间 25min，离心 10min。取上清液测其吸光度，按D_R (%) = (C₀ −C_t)/C₀ ×100公式计算脱色率，其中C₀ 为罗丹明B初始浓度，C_t为降解后罗丹明B浓度。
        采用荷兰Xpert型X射线衍射仪研究膨胀珍珠岩原样及TiO₂/膨胀珍珠岩复合光催化材料的结构和结晶性。其管电压为40kV，管电流为30mA，Cu靶，扫描步长A=0.05，步速为5°/min，在5~90°范围内收集衍射数据。通过Schreer公式估算出晶粒大小。
        采用型号为JEM-2100的透射电镜对纳米 TiO₂/膨胀珍珠岩复合光催化材料及膨胀珍珠岩的微观结构进行分析纳米TiO₂负载的形式，通过EDX能谱图分析表面的元素组成。
        3.结果与讨论
        3.1 材料的光催化性能
        图1是制备的纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料对罗丹明B的降解率随降解时间变化规律。从图中可以看出随着降解时间的增加,复合材料能够完全降解有机污染物罗丹明B。而且在25分钟时基本可以将降解率达到实验要求，在25分钟以前，降解率升高非常明显，在25分钟以后，当降解率达到一定数值后，随着降解时间的增长，降解率趋于稳定。可以确定非常有效的降解时间为25分钟，此时罗丹明B的降解率为98.26%。

      3.2材料形貌
      3.2.1 XRD物相分析

图 2 膨胀珍珠岩及纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料样品的XRD物相分析图
(a)膨胀珍珠岩原样；(b)为纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料

        图2(a)为膨胀珍珠岩原样的XRD谱图，图中虽然有明显的峰，但是衍射峰并不尖锐，这是因为膨胀珍珠岩的主要矿物成分为无定形的硅酸盐矿物，是一种非晶质，因此，进行XRD物相分析时没有明显的衍射峰。图2(b)为纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料的XRD谱图，结果表明：复合材料样品的谱线在2θ为25.3°，38.5°，48.0°，53.8°，55.0°，62.6°，68.7°，70.2°，74.9°处的出现了明显的锐钛矿型TiO₂衍射峰，这说明在膨胀珍珠岩助滤剂表面负载了锐钛矿型TiO₂颗粒。膨胀珍珠岩表面负载的纳米TiO₂颗粒的平均单晶粒径D用Scherrer公式计算为8.3nm。
        3.2.2 材料形貌（TEM）
        图3 是膨胀珍珠岩原料的 TEM图片。由图1中原矿TEM图可见，细颗粒膨胀珍珠岩为片状结构，表面比较平整，没有明显的凹凸现象。由图1中右图可见，膨胀珍珠岩助滤剂的表面有因膨胀形成的均匀分布微孔，左图因放大倍数较小，看不见膨胀形成的微孔。图4是纳米TiO₂/膨胀珍珠岩助滤剂复合材料的 TEM 图片。从其中左图可以看出在膨胀珍珠岩助滤剂表面负载了一些粒径很小的固体颗粒，从高分辨右图片中可以看到明显的条纹状微细颗粒附着在膨胀珍珠岩颗粒表面。图5为图3中点A及图4中点B中的的EDX谱图，表2和表3分别为膨胀珍珠岩及纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料的EDX对应的元素分析结果。

图3 膨胀珍珠岩原料的 TEM图片

图4 纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料的 TEM 图片

图5膨胀珍珠岩及纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料的EDX谱图
(a) 膨胀珍珠岩； (b) 纳米TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料

        图5(a)中1650eV处比图3(b)明显多出两个峰，而4500eV少了一个强峰。根据图3中峰强的区别和表2中的元素重量百分比和原子个数百分比可以得出在1650eV处的峰应为硅元素的峰，而在4500eV处的峰应为钛元素的峰。图5(b)中没有明显的硅元素的峰，表2(b)中也显示硅元素含量较少。综上可得出结论：在膨胀珍珠岩助滤剂表面负载了纳米TiO₂粒子。
        4结论
        (1)以膨胀珍珠岩助滤剂为载体，四氯化钛为前驱体，利用水解沉淀法，在膨胀珍珠岩上负载了 TiO₂粒子。经过煅烧，得到了锐钛矿型的纳米 TiO₂/膨胀珍珠岩复合材料。其对水体中的污染物罗丹明B降解率达99.67%。
        (2)通过XRD和TEM和分析可知，制得的光催化复合材料的表面负载了一层纳米 TiO₂颗粒，TiO₂晶粒大小约为8nm。
                                

(桂林非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）