表1   膨脹珍珠巖主要化學(xué)成分

        實(shí)驗試劑：鹽酸、硫酸銨、四氯化鈦、硝酸銀、氨水，均購自北京化學(xué)試劑公司。
        實(shí)驗儀器：型號為SX3-10-14的快速升溫電阻爐(湘潭市儀器儀表有限公司)、規格為0.5L的真空泵(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)、型號為DZKW-D-2的電子恒溫水浴鍋(北京市永光明醫療儀器廠(chǎng))、型號為JJ-2的電動(dòng)攪拌器(江蘇金壇市醫療儀器廠(chǎng))、型號為HL-2的恒流泵(上海滬西分析儀器有限公司)、型號為FW-100的高速萬(wàn)能粉碎機(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)、型號為101A-0的數顯電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海圣欣科學(xué)儀器有限公司)、型號為BT-1500的粒度分析儀(丹東百特儀器有限公司)、型號為UV-2000的紫外分光光度計(上海尤尼柯儀器有限公司)、型號為YYZ-300的300W紫外線(xiàn)高壓汞燈(北京友儀四方科技發(fā)展有限公司)、型號為ST-2000的比表面孔徑測定儀(北京市北分儀器技術(shù)公司)、型號為AL204的電子分析天平(METTLER-TOLEDO公司)、型號為80-1的高速離心機(上海手術(shù)器械廠(chǎng))。 
        2.2復合材料制備與表征方法
        稱(chēng)取一定量的膨脹珍珠巖和蒸餾水放入三口燒瓶中，置于冰水浴條件下，攪拌同時(shí)加入少量的濃鹽酸，隨后按一定速度滴入一定濃度的 TiCl₄溶液。數分鐘后，將按比例配好的硫酸銨溶液滴加到上述溶液中，混合攪拌一段時(shí)間后，將混合物水浴加熱至一定溫度并保溫一段時(shí)間。然后滴加配制好的氨水溶液，反應一定時(shí)間后過(guò)濾、洗滌，然后干燥，煅燒，即得到納米 TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料。用羅丹明 B 檢測復合材料的光催化性能，方法如下：羅丹明 B 溶液初始濃度 10mg/L，復合材料 0.1g，高壓汞燈光照時(shí)間 25min，離心 10min。取上清液測其吸光度，按D_R (%) = (C₀ −C_t)/C₀ ×100公式計算脫色率，其中C₀ 為羅丹明B初始濃度，C_t為降解后羅丹明B濃度。
        采用荷蘭Xpert型X射線(xiàn)衍射儀研究膨脹珍珠巖原樣及TiO₂/膨脹珍珠巖復合光催化材料的結構和結晶性。其管電壓為40kV，管電流為30mA，Cu靶，掃描步長(cháng)A=0.05，步速為5°/min，在5~90°范圍內收集衍射數據。通過(guò)Schreer公式估算出晶粒大小。
        采用型號為JEM-2100的透射電鏡對納米 TiO₂/膨脹珍珠巖復合光催化材料及膨脹珍珠巖的微觀(guān)結構進(jìn)行分析納米TiO₂負載的形式，通過(guò)EDX能譜圖分析表面的元素組成。
        3.結果與討論
        3.1 材料的光催化性能
        圖1是制備的納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料對羅丹明B的降解率隨降解時(shí)間變化規律。從圖中可以看出隨著(zhù)降解時(shí)間的增加,復合材料能夠完全降解有機污染物羅丹明B。而且在25分鐘時(shí)基本可以將降解率達到實(shí)驗要求，在25分鐘以前，降解率升高非常明顯，在25分鐘以后，當降解率達到一定數值后，隨著(zhù)降解時(shí)間的增長(cháng)，降解率趨于穩定?？梢源_定非常有效的降解時(shí)間為25分鐘，此時(shí)羅丹明B的降解率為98.26%。

      3.2材料形貌
      3.2.1 XRD物相分析

圖 2 膨脹珍珠巖及納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料樣品的XRD物相分析圖
(a)膨脹珍珠巖原樣；(b)為納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料

        圖2(a)為膨脹珍珠巖原樣的XRD譜圖，圖中雖然有明顯的峰，但是衍射峰并不尖銳，這是因為膨脹珍珠巖的主要礦物成分為無(wú)定形的硅酸鹽礦物，是一種非晶質(zhì)，因此，進(jìn)行XRD物相分析時(shí)沒(méi)有明顯的衍射峰。圖2(b)為納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料的XRD譜圖，結果表明：復合材料樣品的譜線(xiàn)在2θ為25.3°，38.5°，48.0°，53.8°，55.0°，62.6°，68.7°，70.2°，74.9°處的出現了明顯的銳鈦礦型TiO₂衍射峰，這說(shuō)明在膨脹珍珠巖助濾劑表面負載了銳鈦礦型TiO₂顆粒。膨脹珍珠巖表面負載的納米TiO₂顆粒的平均單晶粒徑D用Scherrer公式計算為8.3nm。
        3.2.2 材料形貌（TEM）
        圖3 是膨脹珍珠巖原料的 TEM圖片。由圖1中原礦TEM圖可見(jiàn)，細顆粒膨脹珍珠巖為片狀結構，表面比較平整，沒(méi)有明顯的凹凸現象。由圖1中右圖可見(jiàn)，膨脹珍珠巖助濾劑的表面有因膨脹形成的均勻分布微孔，左圖因放大倍數較小，看不見(jiàn)膨脹形成的微孔。圖4是納米TiO₂/膨脹珍珠巖助濾劑復合材料的 TEM 圖片。從其中左圖可以看出在膨脹珍珠巖助濾劑表面負載了一些粒徑很小的固體顆粒，從高分辨右圖片中可以看到明顯的條紋狀微細顆粒附著(zhù)在膨脹珍珠巖顆粒表面。圖5為圖3中點(diǎn)A及圖4中點(diǎn)B中的的EDX譜圖，表2和表3分別為膨脹珍珠巖及納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料的EDX對應的元素分析結果。

圖3 膨脹珍珠巖原料的 TEM圖片

圖4 納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料的 TEM 圖片

圖5膨脹珍珠巖及納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料的EDX譜圖
(a) 膨脹珍珠巖； (b) 納米TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料

        圖5(a)中1650eV處比圖3(b)明顯多出兩個(gè)峰，而4500eV少了一個(gè)強峰。根據圖3中峰強的區別和表2中的元素重量百分比和原子個(gè)數百分比可以得出在1650eV處的峰應為硅元素的峰，而在4500eV處的峰應為鈦元素的峰。圖5(b)中沒(méi)有明顯的硅元素的峰，表2(b)中也顯示硅元素含量較少。綜上可得出結論：在膨脹珍珠巖助濾劑表面負載了納米TiO₂粒子。
        4結論
        (1)以膨脹珍珠巖助濾劑為載體，四氯化鈦為前驅體，利用水解沉淀法，在膨脹珍珠巖上負載了 TiO₂粒子。經(jīng)過(guò)煅燒，得到了銳鈦礦型的納米 TiO₂/膨脹珍珠巖復合材料。其對水體中的污染物羅丹明B降解率達99.67%。
        (2)通過(guò)XRD和TEM和分析可知，制得的光催化復合材料的表面負載了一層納米 TiO₂顆粒，TiO₂晶粒大小約為8nm。
                                

(桂林非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會(huì ),發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）