實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(guī)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(yī)療儀器廠)、型號為JJ-2的電動攪拌器(江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠)、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的高速萬能粉碎機(jī)(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)、型號為101A-0的數(shù)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(jì)(上海尤尼柯儀器有限公司)、型號為YYZ-300的300W紫外線高壓汞燈(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(jī)(上海手術(shù)器械廠)。
2.2復(fù)合材料制備與表征方法
稱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，攪拌同時加入少量的濃鹽酸，隨后按一定速度滴入一定濃度的 TiCl
4溶液。數(shù)分鐘后，將按比例配好的硫酸銨溶液滴加到上述溶液中，混合攪拌一段時間后，將混合物水浴加熱至一定溫度并保溫一段時間。然后滴加配制好的氨水溶液，反應(yīng)一定時間后過濾、洗滌，然后干燥，煅燒，即得到納米 TiO
2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料。用羅丹明 B 檢測復(fù)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(fù)合材料 0.1g，高壓汞燈光照時間 25min，離心 10min。取上清液測其吸光度，按D
R (%) = (C
0 −C
t)/C
0 ×100公式計(jì)算脫色率，其中C
0 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射線衍射儀研究膨脹珍珠巖原樣及TiO
2/膨脹珍珠巖復(fù)合光催化材料的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性。其管電壓為40kV，管電流為30mA，Cu靶，掃描步長A=0.05，步速為5°/min，在5~90°范圍內(nèi)收集衍射數(shù)據(jù)。通過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 TiO
2/膨脹珍珠巖復(fù)合光催化材料及膨脹珍珠巖的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析納米TiO
2負(fù)載的形式，通過EDX能譜圖分析表面的元素組成。
3.結(jié)果與討論
3.1 材料的光催化性能
圖1是制備的納米TiO
2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料對羅丹明B的降解率隨降解時間變化規(guī)律。從圖中可以看出隨著降解時間的增加,復(fù)合材料能夠完全降解有機(jī)污染物羅丹明B。而且在25分鐘時基本可以將降解率達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，在25分鐘以前，降解率升高非常明顯，在25分鐘以后，當(dāng)降解率達(dá)到一定數(shù)值后，隨著降解時間的增長，降解率趨于穩(wěn)定。可以確定非常有效的降解時間為25分鐘，此時羅丹明B的降解率為98.26%。
圖1 納米TiO
2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料對羅丹明B的降解率隨降解時間的變化
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(fù)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(fù)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?yàn)榕蛎浾渲閹r的主要礦物成分為無定形的硅酸鹽礦物，是一種非晶質(zhì)，因此，進(jìn)行XRD物相分析時沒有明顯的衍射峰。圖2(b)為納米TiO2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料的XRD譜圖，結(jié)果表明：復(fù)合材料樣品的譜線在2θ為25.3°，38.5°，48.0°，53.8°，55.0°，62.6°，68.7°，70.2°，74.9°處的出現(xiàn)了明顯的銳鈦礦型TiO2衍射峰，這說明在膨脹珍珠巖助濾劑表面負(fù)載了銳鈦礦型TiO2顆粒。膨脹珍珠巖表面負(fù)載的納米TiO2顆粒的平均單晶粒徑D用Scherrer公式計(jì)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，細(xì)顆粒膨脹珍珠巖為片狀結(jié)構(gòu)，表面比較平整，沒有明顯的凹凸現(xiàn)象。由圖1中右圖可見，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(shù)較小，看不見膨脹形成的微孔。圖4是納米TiO2/膨脹珍珠巖助濾劑復(fù)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(fù)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(xì)顆粒附著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(fù)合材料的EDX對應(yīng)的元素分析結(jié)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(fù)合材料的 TEM 圖片
圖5膨脹珍珠巖及納米TiO2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料的EDX譜圖
(a) 膨脹珍珠巖； (b) 納米TiO2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料
圖5(a)中1650eV處比圖3(b)明顯多出兩個峰，而4500eV少了一個強(qiáng)峰。根據(jù)圖3中峰強(qiáng)的區(qū)別和表2中的元素重量百分比和原子個數(shù)百分比可以得出在1650eV處的峰應(yīng)為硅元素的峰，而在4500eV處的峰應(yīng)為鈦元素的峰。圖5(b)中沒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(jié)論：在膨脹珍珠巖助濾劑表面負(fù)載了納米TiO2粒子。
4結(jié)論
(1)以膨脹珍珠巖助濾劑為載體，四氯化鈦為前驅(qū)體，利用水解沉淀法，在膨脹珍珠巖上負(fù)載了 TiO2粒子。經(jīng)過煅燒，得到了銳鈦礦型的納米 TiO2/膨脹珍珠巖復(fù)合材料。其對水體中的污染物羅丹明B降解率達(dá)99.67%。
(2)通過XRD和TEM和分析可知，制得的光催化復(fù)合材料的表面負(fù)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(yīng)用技術(shù)交流會,發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
