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| 硅藻土矿物复合材料研究现状 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-03-06 11:18:30 浏览次数： |
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1 硅藻矿物复合材料应用现状
（中国粉体技术网/班建伟）由于硅藻土独特的硅藻壳体结构，本身具有较大的孔隙，且密度小、比表面积较大、吸水率高等特性，其在食品和药品、健康与环保、保温隔热、化工等领域有着良好的应用前景。
目前，世界硅藻土消费量超过200万t/年，主要消费领域为助滤剂、保温隔热、功能填料和吸附剂（环保）等方面。美国硅藻土的主要消费领域为助滤剂（约占67%），其次是功能填料和吸附剂（环保材料）；我国近几年硅藻土年消费量约为45 万吨，主要消费领域是助滤剂和隔热保温材料，其次是功能填料和环保材料。
近年来，我国硅藻土进出口贸易量不断增加，但主要以出口干燥原土（一级土）和低档助滤剂产品为主，高性能硅藻材料，如高性能硅藻土助滤剂、功能填料仍需进口。因此，开发具有高附加值、高性能的硅藻矿物新材料，对于优化硅藻土产业结构、提高硅藻土产品的附加值以及满足食品安全、环境保护和节能的需求具有重要意义。
硅藻土属于一种有孔载体，具有良好的热稳定性及耐酸性，而且表面具有大量的自由羟基与缔合羟基，是一种优良的天然吸附剂与催化剂载体材料。硅藻土作为载体，具有以下几种功能：①分散作用：以催化剂为例，催化作用一般发生在催化剂表面，因此要求催化剂中的活性组分具有足够的比表面积和分散度；②支撑作用：载体一般具有一定的机械强度，可赋予材料一定的形状和大小，使其不易变形或发生次生团聚，或符合工艺反应器中流体力学条件的要求；③稳定作用：载体可以防止活性组分的微晶发生半熔或再结晶；④助催化作用：载体可与活性组分发生较复杂的作用而导致催化剂活性、选择性或抗毒性的变化，而且多孔载体的吸附特性往往能增强催化剂的催化效果；⑤传热和稀释作用：维持整个反应体系的热平衡，减少单位体积催化剂的反应热。目前，以硅藻土作为载体，制备具有特殊性能的硅藻土复合材料已成为硅藻矿物材料新的研究热点和发展方向，并有着广阔的应用前景。本课题主要以纳米TiO2、纳米零价铁为催化剂组分，以选矿后的硅藻精土为载体，制备两种具有环境净化功能的功能复合矿物材料。
2 TiO2-多孔非金属矿物复合光催化材料
1972 年，日本科学家Fujishima 和Honda 在《Nature》上发表了一篇关于TiO2电极上光解水的论文，标志着多相光催化技术研究的开始。在特定波长光照射条件下，半导体材料能够将光能转化为化学能，从而促使某种化合物的合成或降解，这个过程被称为光催化反应。目前光催化技术主要应用于环保及有机合成，其中，以光触媒为代表的光催化产品，已经广泛应用于防污、抗菌、空气净化等领域。
半导体光催化材料是光催化氧化技术的核心，而在所有已知的半导体光催化材料中，TiO2应用最为广泛。然而，由于单一的TiO2纳米粒子具有易团聚、难回收、成本高等缺陷，导致其难于在实际生产应用中广泛推广。采用载体负载纳米TiO2制备的负载型纳米TiO2复合光催化材料可以提高纳米TiO2粒子分散性，增加催化剂活性位点，提高材料对污染物的吸附能力，且可达到使用后快速分离回收催化剂的目的。
光和催化剂的结合是光催化发挥作用的来源，只有被光激活的催化剂才具有催化效果，因此良好的光催化剂载体应具有以下特质：良好的透光性、比表面积较大、与TiO2颗粒间具有较强的结合力却不影响TiO2光催化活性、能较强地吸附被降解后的污染物、良好的化学惰性并易于固液分离等。
在选择载体时必须对以上各方面的因素加以综合考虑和评定，使得制备的光催化材料具有光效率高、负载催化剂的牢固性强、成本低等优点。多孔非金属矿物材料常常具有优良的热稳定性、化学稳定性及吸附性能，易于液-固和气-固分离，使用过程中不会造成二次污染，而且储量丰富，价廉易得，是纳米TiO2光催化剂的理想载体。当其作为纳米TiO2光催化剂的载体时，可以利用其本身的离子交换性或吸附性将液相或气相有机污染物富集在纳米TiO2的表面，增加光催化剂与有机污染物的接触机率，提高光降解效率。
常见的可作为催化剂载体的多孔非金属矿物材料包括：层状硅酸盐类矿物，如高岭石、膨润土、海泡石、累托石、云母、凹凸棒石、蛭石等；氧化物类矿物如石英、Al2O3 等；架状硅酸盐沸石以及硅藻土、蛋白土等非晶质矿物。
刘超等、文明等采用水解沉淀法合成了纳米TiO2/蛋白土复合材料，对甲醛的降解试验研究结果表明，这种复合光催化材料具有优良的光催化降解性能，其24h 对甲醛的降解率可以达到90%以上；
贺洋等采用水解沉淀法制备了一种纳米TiO2/海泡石复合材料，其2h 后甲醛气体去除率可达到98%；黄妙良等采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2/天然沸石复合光催化材料，在紫外光下甲基橙染料废水脱色率可达到96%；V. Durgakumari等采用固相扩散法，制备了一种TiO2/沸石复合光催化材料，用来降解水中的苯酚和对氯苯酚；
马正先等采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+、La3+掺杂TiO2/天然沸石和Fe-La 共掺杂TiO2/天然沸石复合光催化剂，1%Fe-0.3%La 共掺杂TiO2/天然沸石复合光催化剂的光催化效率可达94.78%；袁昊等采用溶胶-凝胶法，制备了一种高岭土负载纳米TiO2 光催化复合材料，其对甲基橙有较好的降解效果，反复利用后平均回收率达92%；Yalei Zhang 等通过低温水解沉淀法，将混合晶型的TiO2 粒子负载在高岭土上，制得的光催化剂光催化降解性能优于Degussa P25 材料；
雷绍民等也在高岭石基纳米TiO2复合光催化材料研究方面做了大量工作；Kibanova 等制备了一种TiO2/锂蒙脱石复合光催化材料，研究发现在UVA(365nm)光照射下的甲醛去除率没有在UVC(254+185 nm)光照射下的去除率高，且湿度较高也会导致去除率降低；罗皓月等采用水解沉淀法制备TiO2/蒙脱石复合光催化材料，1100℃下煅烧的TiO2/蒙脱石复合材料光催化效果优于纯TiO2 颗粒；Robert Kun 等采用溶胶凝胶法制备了一种TiO2/蒙脱石复合材料，通过苯酚降解试验，表明蒙脱石作为载体可以显著提高TiO2 的光催化性能；
杨莹琴等以膨润土为载体制备了负载型铁掺杂TiO2 光催化材料，对有色染料降解效果良好；S.N.Hosseini 等通过将Degussa P25 TiO2 与珍珠岩在酸性条件下直接复合，用来降解水中的苯酚，结果表明，制得的复合光催化剂具有很好的光催化降解性能；卢芳慧等采用低温水解工艺制备了一种纳米TiO2/膨胀珍珠岩复合光催化材料；
刘月等采用低温水解法制备了一种N 掺杂纳米TiO2/凹凸棒石复合光催化粉体材料，该复合光催化材料在可见光条件下对甲醛具有良好的降解性能。
硅藻土质轻、比表面积较大，孔径分布有规律（范围从几纳米到数百纳米），且化学性质稳定，是一种天然纳米孔径无定型硅质矿物材料，具有独特的微过滤、吸附、调湿等功能，其成分和结构均适合作为纳米TiO2 的载体材料。王利剑等采用水解沉淀法制备了纳米TiO2/硅藻土复合粉体，对罗丹明B染料废水的脱色率和COD 去除率都达到了90%以上；Yuxin Jia 等通过层层自组装技术将平均粒径为10nm 的TiO2 胶粒成功负载在硅藻土上，并对其结构进行了一系列表征；俞成林等考察了甲醛的初始浓度、反应温度、光照强度和相对湿度对TiO2/硅藻土复合光催化剂降解甲醛性能的影响。
尽管众多研究者开展了一些纳米TiO2/硅藻土光催化复合材料实验室研究工作，但对于硅藻本身的载体效应仍然存在较多的疑问。通过选矿提纯，硅藻表面及内部孔道得到疏通，而且孔结构性能也会得到进一步提升，通过采用不同纯度、不同产地的硅藻土载体，制备不同的硅藻土负载纳米TiO2 光催化复合材料，可以比较硅藻载体对复合材料的光催化性能的影响，从而为选择更合适的硅藻土载体制备性能更优的复合光催化材料提供理论依据。
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