專利名稱：利用二氧化鈦為催化劑制備紫外光光催化降解塑料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用TiO2為光催化劑，制備在紫外光下可光催化降解的塑料的方法，屬化學(xué)化工領(lǐng)域。
光降解塑料一般可以分為共聚型和添加型兩類。前者是用一氧化碳或含羰基單體與乙烯或其他烯烴單體合成的共聚物組成的塑料。這些共聚物分子由于在聚合物鏈上含有羰基等發(fā)色基團(tuán)和弱鍵，因此易于進(jìn)行光降解。后者是指添加了具有光敏作用添加劑的聚合物材料。通過添加劑的光分解與光化學(xué)反應(yīng)，引起聚合物的光降解。上述兩種光降解反應(yīng)只是在一定程度上起到了分解塑料的目的，并不能徹底降解塑料。并且在實(shí)際使用時(shí)，存在如何選擇具有高活性、穩(wěn)定、低成本的發(fā)色基團(tuán)及光敏劑的問題。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)的利用二氧化鈦為催化劑制備紫外光光催化降解塑料，其特征在于該方法包括如下步驟(1)首先將塑料溶于四氫呋喃中，然后加入適量的TiO2納米粉體，攪拌30～90min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻，其重量比為TiO2納米粉體∶塑料∶四氫呋喃＝1∶20～60∶300～800；(2)將上述溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，即可制得紫外光光催化降解塑料。
本發(fā)明中所述的塑料采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的任一種。
由于半導(dǎo)體TiO2具有性質(zhì)穩(wěn)定、活性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此利用本發(fā)明制備出的紫外光光催化降解塑料，具有制備工藝簡單、成本低，在紫外光下可光催化降解的特點(diǎn)，而且降解速率快。在相同紫外光照時(shí)間內(nèi)，由本發(fā)明制備出的光催化降解塑料其重量和分子量減少值，較由塑料直接光解引起的重量和分子量減少值分別提高5和1.5倍左右；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了三分之二左右，產(chǎn)生的二次污染少。
本發(fā)明中使用的前驅(qū)體TiO2納米粉體(自制)、無水乙醇、四氫呋喃(均為分析純)。塑料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等對于TiO2納米粉體的制備，請參見“用四氯化鈦醇解法制備二氧化鈦納米粉體的方法”(專利號ZL99100221.0)。
實(shí)施例一首先制得TiO2納米粉體室溫下將99ml的TiCl4溶液緩慢滴加到350ml 95％的C2H5OH中，邊滴加邊攪拌。再經(jīng)15min超聲振蕩，得到均勻透明的淡黃色溶液。將該溶液在密閉環(huán)境中靜置3天。再向該溶液中滴加300ml 95％的C2H5OH，密閉環(huán)境中靜置進(jìn)行成膠化反應(yīng)，能獲得具有一定粘度的透明溶膠。該溶膠經(jīng)80℃加熱處理，除去溶劑就可形成淡黃色的干凝膠。前軀體干凝膠經(jīng)400℃恒溫3小時(shí)熱處理形成TiO2納米粉體。
制備可光催化降解的塑料將0.5g聚苯乙烯塑料溶于10ml的四氫呋喃中，再加入0.01g TiO2納米粉體。攪拌60min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。將此約10ml的溶液，均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚苯乙烯塑料。以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚苯乙烯塑料與純聚苯乙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量、表面吸附物種及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚苯乙烯塑料在紫外光下光照150小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為4.5％和67.4％。而采用本方法制備的光催化降解的聚苯乙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照150小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到22.5％和86.5％；紅外光譜表明光照后苯環(huán)開裂，生成了一些含有羰基及羧基基團(tuán)的物質(zhì)；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解聚苯乙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量僅為純聚苯乙烯塑料的三分之一，產(chǎn)生的二次污染少。
實(shí)施例二TiO2納米粉體的制備如實(shí)施例一。
將12.0g聚乙烯塑料溶于40ml的四氫呋喃中，再加入0.07g TiO2納米粉體。攪拌90min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。取此溶液約10ml，均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚乙烯塑料。以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚乙烯塑料與純聚乙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚乙烯塑料在紫外光下光照100小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為7.2％和71.8％。而采用本方法制備的光催化降解的聚乙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照100小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到35.7％和89.4％；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解聚乙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量較純聚乙烯塑料減少了大約五分之二，產(chǎn)生的二次污染少。
實(shí)施例三TiO2納米粉體的制備如實(shí)施例一。
將5g聚氯乙烯塑料溶于75ml的四氫呋喃中，再加入0.25gTiO2納米粉體。攪拌60min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。取此溶液約10ml，均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚氯乙烯塑料。以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚氯乙烯塑料與純聚氯乙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚氯乙烯塑料在紫外光下光照200小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為3.0％和54.8％。而采用本方法制備的光催化降解的聚氯乙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照200小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到18.5％和68.5％；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解的聚氯乙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量僅為純聚氯乙烯塑料的二分之一，產(chǎn)生的二次污染少。
實(shí)施例四TiO2納米粉體的制備如實(shí)施例一。
將2.0g聚丙烯塑料溶于27ml的四氫呋喃中，再加入0.03g TiO2納米粉體。攪拌60min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。取此溶液約10ml，，均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚丙烯塑料。以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚丙烯塑料與純聚丙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚丙烯塑料在紫外光下光照150小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為5.6％和70.0％。而采用本方法制備的光催化降解的聚丙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照150小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到17.4％和85.7％；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解的聚丙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量僅為純聚丙烯塑料的三分之一，產(chǎn)生的二次污染少。
實(shí)施例五TiO2納米粉體的制備如實(shí)施例一。
將4.0g聚氯乙烯塑料溶于60ml的四氫呋喃中，再加入0.1g TiO2納米粉體。攪拌30min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚氯乙烯塑料。同樣以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚氯乙烯塑料與純聚氯乙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚氯乙烯塑料在紫外光下光照80小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為2.1％和45.8％。而采用本方法制備的光催化降解的聚氯乙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照80小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到10.3％和61.2％；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解的聚氯乙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量僅為純聚氯乙烯塑料的五分之三，產(chǎn)生的二次污染少。
實(shí)施例六TiO2納米粉體的制備如實(shí)施例一。
將5.0g聚乙烯塑料溶于30ml的四氫呋喃中，再加入0.1g TiO2納米粉體。攪拌90min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可光催化降解的聚乙烯塑料。以紫外燈為光源，比較了可光催化降解的聚乙烯塑料與純聚乙烯塑料隨光照時(shí)間其重量、分子量及產(chǎn)生二次污染的情況。研究表明，單純的聚乙烯塑料在紫外光下光照50小時(shí)后，由直接光解引起的重量和分子量減少值分別為4.6％和56.8％。而采用本方法制備的光催化降解的聚乙烯塑料，由于TiO2的光催化作用，紫外光照50小時(shí)后其重量和分子量減少值分別提高到26.8％和78.4％；色譜結(jié)果表明相同光照時(shí)間內(nèi)，由本方法制備的光催化降解聚乙烯塑料中生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量較純聚乙烯塑料減少了大約三分之一，產(chǎn)生的二次污染少。
權(quán)利要求
1.一種利用二氧化鈦為催化劑制備紫外光光催化降解塑料方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將塑料溶于四氫呋喃中，然后加入適量的TiO2納米粉體，攪拌30～90min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻，其重量比為TiO2納米粉體∶塑料∶四氫呋喃＝1∶20～60∶300～800；(2)將上述溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，即可制得紫外光光催化降解塑料。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備紫外光光催化降解塑料的方法，其特征在于所述的塑料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的任一種。
全文摘要
利用二氧化鈦為催化劑制備紫外光光催化降解塑料的方法，本發(fā)明是將TiO
文檔編號C08K3/22GK1405213SQ02146778
公開日2003年3月26日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者朱永法, 尚靜 申請人:清華大學(xué)