珍珠岩

不同改性膨胀珍珠岩的制备

及去除环境中有机污染物研究进展

摘要：本文利用膨胀珍珠岩轻质、多孔的特点，选用阳离子表面活性剂CTMAB、阴离子表面活性剂CPB和非离子表面活性剂TX-100合成表面修饰膨胀珍珠岩，再对其进行TiO2的负载，制备出TiO2/表面修饰膨胀珍珠岩，以此将表面活性剂对有机污染物的高效吸附和TiO2的光催化降解能力结合起来。在实验室模拟条件下研究了不同表面修饰膨胀珍珠岩对苯酚、对硝基苯酚、苯胺等有机污染物的吸附性能，以及不同环境因素对吸附性能的影响。初步研究了CTMAB/TiO2表面修饰膨胀珍珠岩对苯酚污染土壤的处理效果，并通过采用X-射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）等方法对TiO2/表面修饰膨胀珍珠岩进行了表征分析，以探讨改性珍珠岩对有机污染物的吸附和降解机理。

关键词：膨胀珍珠岩；表面活性剂；TiO2；光催化降解；有机污染物

Abstract：Combining the lightweigh and porous characteristics of expanded perlite with thesurfactant adsorption efficiency for organic pollutants of TiO2 photocatalytic degradation，different environmental remediation materials were prepared by using surfactants(cationic surfactant CTMAB，anionic surfactant CPB and non-ionic surfactant TX-100)and/or TiO2 to surface-modify expanded perlite(EP).Photocatalytic degradation of organic pollutants，such as phenol，p-nitrophenol and aniline，in polluted environment by these materials，and relevant factors affecting removal effects were studied.The effect of CTMAB/TiO2 surface-modified EP on remediation to phenol contaminated soil was also carried out.And the structure characterizations of these materials were carried out by XRD and SEM to study the adsorption of organic pollutants and the degradation mechanism of the modified EP.

Key words:expanded perlite；surfactant；TiO2；photocatalytic degradation；organic pollutants

引言

土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源。

随着人类对化学品的依赖程度越来越高，有机物质对环境的污染也越来越严重。据UNEP（联合国环境署）1990年的报告（IRRTC），每年约有3-4亿吨有机物进入环境，其中大部分进入了土壤环境。如农业上化肥农药的广泛使用、工业废水中有毒有害物质侵袭农田、固体废物堆放填埋引起的有毒有害物质的泄漏等，使各种污染物质通过不同途径在土壤中不断积累，土体净化能力日趋饱和，土壤质量明显下降。被污染的土壤不仅对地表水和地下水造成二次污染，而且通过土壤-植物系统使各种污染物经由食物链进入人体，直接危及人体健康[1]。我国土壤总资源约为132×108亩[2]，但是人均数量偏少，人均耕地、林地、牧草地仅为世界人均数量的45%、25.9%和36.9%。随着近些年经济的发展、城镇与工矿“三废”排放、农用化学物质的大量增加土壤污染迅速扩展，据一些典型区域的调查，耕地污染面积已经占到10%左右。另据中科院报道，我国重金属污染面积至少2000万hm2，农药污染面积约1300-1600万hm2，其中耕地部分占大多数[3]。土壤污染不仅导致可用耕地面积的减少，而且还会直接危及人类的健康。因此，土壤生态环境的保护已引起人们的普遍关注，1995年仅德国就资60多亿美元进行土壤治理。美国已投入100多亿美元的一万多个政府超级基金项目中，有上千个项目是对土壤（包括地下水）的治理技术研究。土壤污染已成为全球化环境问题的新的发展点，土壤污染治理技术研究开发已成为当前国内外环保研究的热点，污染土壤的修复也成为了一个亟待解决的问题。污染土壤按污染物的种类，可将其分为有机物污染的土壤和无机物污染的土壤。按有机物污染来源可分为石油污染土壤、农药污染土壤、木材防腐剂污染土壤以及能源燃烧引起的多环芳香烃PHAs污染土壤等类型。污染土壤的治理技术主要有物理、化学、微生物和植物治理技术等几种[4]。其中，物理治理技术包括挖掘填埋法和通风去污法，化学治理技术包括化学焚烧法、化学清洗法、光化学降解法和化学栅防治法，微生物治理方法包括原位治理方法和异位治理法，植物治理方法包括植物对有机物的直接吸收，以及植物分泌物和酶去除有机污染物等方法。

1.膨胀珍珠岩的结构和特性

1.1概述

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具

有珍珠裂隙结构而得名。珍珠岩（包括松脂岩和黑曜岩）具有在高温下急剧膨的特性，生成白色、多孔、质轻的粒状无机材料，工业上称为膨胀珍珠岩。因其具有重量轻、绝热、耐火、耐药物等优良性能，因而被广泛应用于建筑、节能石油、化工、医药、污水处理、农业部门等多个领域。珍珠岩在我国资源丰富，分布广泛，如河南、河北、山西、山东、辽宁、浙江等都有丰富的矿藏[5-7]。

1.2膨胀珍珠岩的主要成分

膨胀珍珠岩是将天然珍珠岩矿石（属酸性较大的玻璃质岩石，系火山喷发岩浆急冷浓缩而成的天然硅铝质无机非金属材料），经过破碎筛选，在高温煅烧下，其体积急剧膨胀，制得的多孔、色白的颗粒状物质。其大致化学成份为：SiO2 70%～72%、Al2O3 10%～14%、Fe2O3 0.3%～0.9%、CaO 1.2%～2.2%、K2O 2%～3.5%、Na2O 1%～3%、MgO少量、H2O 4%～6%。另外，膨胀珍珠岩中的SiO2易与TiO2形成牢固的Ti-O-Si键，这就决定了它是一种优良的光催化载体材料。

1.3膨胀珍珠岩的基本性质及用途

1.3.1基本性质

珍珠岩主要由酸性火山玻璃组成，95%是玻璃相，其中65%～75%为无定形石英，碱金属氧化物较高，可达8%～9%，铁着色氧化物较少。矿石中含有不等量的石英和透长石的斑晶、微晶，并有针状球状等各种形态的雏晶及隐晶质矿物如角闪石、黑云母、赤铁矿等。珍珠岩之所以区别于其它岩石能够在一定的温度条件下膨胀，其主要原因有两点：第一是珍珠岩的主要化学成分中存在软化点较低的玻璃质物质，即SiO2、Al2O3、Na2O等，这种物质表现出来的结果是当珍珠岩被加热至1000℃左右时，其玻璃质开始软化，珍珠岩颗粒从固态逐渐转化为粘流态。第二是珍珠岩内部含有的可挥发性物质和结合水在受到高温焙烧后，逐渐气化后溢出。所以，玻璃质是引起珍珠岩膨胀的先决条件，结合水是引起珍珠岩膨胀的内在动力，焙烧温度和时间是引起珍珠岩膨胀的必要外部条件[8-9]。1.3.2主要用途

膨胀珍珠岩是珍珠岩焙烧后的制成品，具有容重轻、导热系数低、耐火性强、隔音性能好，孔隙细微、化学性能稳定，无毒无味等物理、化学性质，广泛应用于各工业部门。如表2：

表2膨胀珍珠岩的主要用途