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太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法

阅读:492发布:2020-08-03

专利汇可以提供太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种新型的太阳光光催化降解农用 薄膜 的制备方法。采用有机 光敏剂 敏化的纳米TiO2为光催化剂,在双螺杆 挤出机 中与聚乙烯 树脂 共混,制得光催化剂含量为20~40wt%光催化聚乙烯母粒,母粒再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得光催化剂含量为0.1~10wt%的太阳光光催化降解农用薄膜,薄膜厚度为8~40μm。本发明工艺简单,成本低,所制得的光催化聚乙烯农用薄膜在农业中使用废弃后无需回收处理,在太阳光下即可发生高效的光催化降解,降解速率可控,能有效降低废弃农用薄膜对环境造成的危害。,下面是太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,其特征在于采用有机光敏剂敏化的 纳米TiO2为光催化剂,在双螺杆挤出机中与聚乙烯树脂共混,制得含有敏化TiO2 光催化剂的光催化聚乙烯母粒,该母粒再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得太阳光光 催化降解农用薄膜;其制备过程和步骤如下:
(a)将有机光敏剂溶于溶剂中配成0.001~0.005g/ml的溶液,将其滴加到高速搅 拌的纳米TiO2的分散液中,滴加结束后继续搅拌30~90min,然后过滤、 洗涤、干燥,制得有机光敏剂敏化的纳米TiO2光催化剂;有机光敏剂为罗丹 明B、曙红、酞菁蓝、亚甲基蓝、或苏丹黑B中的任一种;溶剂为水、乙醇、 或丙中的任一种;
(b)将上述制得的有机光敏剂敏化的纳米TiO2光催化剂放在双螺杆挤出机中与低 密度聚乙烯树脂共混,制得含有敏化TiO2催化剂的光催化聚乙烯母粒;该母 粒再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得太阳光光催化降解农用薄膜;与母粒共混 的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯树脂或线性低密度聚乙烯树脂中的任一种,或 者该两者的混合树脂,混合树脂的配比为:低密度聚乙烯树脂∶线性低密度 聚乙烯树脂=1∶1~4∶1。
2.如权利要求1所述的一种太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,其特征在于所 述的纳米TiO2为锐矿型或金红石型的任一种,或者该两种的混合晶型,其粒径 为5~100nm;所述的光催化乙烯母粒的光催化剂TiO2的含量为20~40wt%;制 品薄膜的光催化剂TiO2的含量为0.1~10wt%;薄膜的厚度为8~40μm。
3.如权利要求1所述的一种太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,其特征在于所 述的低密度聚乙烯树脂其熔融指数MI为0.1~2g/10min。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,属于化学化工领域。

背景技术

农用薄膜的应用极大地促进了我国农业的发展。与此同时,也给土壤带来了严重 的污染问题。聚乙烯分子对称稳定,强度好,在自然条件下难以降解。残留在土壤中 的聚乙烯薄膜难以回收,对土壤耕性、通气性产生不良影响,长期积累导致农作物产 量下降。解决聚乙烯农用薄膜的降解问题已成当务之急。
现有的降解技术主要有光降解技术、生物降解技术、光/生物双降解技术等。光 降解技术是指向高分子材料中引入光增敏基团或加入光敏性物质,使其在吸收太阳紫 外光后引发光化学反应,从而使大分子链断裂成为小分子的方法。其问题主要是降解 效率低,速度很慢,且不能完全降解,形成的小分子光降解产物会产生严重的二次污 染问题。生物降解技术主要分为部分生物降解技术和完全生物降解技术。部分生物降 解技术是通过天然高分子与高聚物共混或共聚的方法实现的。这类塑料中,只有其中 的天然高分子部分可被微生物分解,残留高聚物制品仍以一种低强度多孔形式的结构 存在,其降解时间仍然很长,并且小分子有机产物会对土壤和地下资源造成二次污 染。完全生物降解技术则采用的是天然高分子或者类似天然高分子结构的物质,不是 常见的通用性塑料,生产成本高,塑料性能差,应用范围窄,在储存与使用的过程中 还可被细菌等微生物攻击而降解。光/生物双降解技术同时具有生物降解与光降解的 性能,它主要采用添加型技术,同时引入微生物培养基、光敏剂、自化剂等功能助 剂,实现其降解功能。这一技术的主要问题是光与生物的有机结合不够理想,同样也 难以达到完全降解的目的。
纳米光催化技术是一项新型的污染处理技术。纳米光催化剂在吸收太阳光中的紫 外线后,可以与吸附在表面的水和氧气作用产生氢氧自由基和超氧自由基,具有较强 的氧化还原能,在降解有机污染物、净化水和空气等方面表现出了高效的光催化性 能。但由于纳米光催化剂本身结构的限制,只能利用紫外光,而紫外光只占太阳光谱 的4%,这就限制了这项技术在实际中应用。利用有机光敏剂将纳米光催化剂敏化, 可以使光催化剂的光响应波长扩展到可见光区,将其应用于高分子材料的降解,具有 很高的学术价值和经济价值,潜力巨大。
中国专利CN1405214A中报道了利用TiO2/有机染料为光催化剂,与塑料混溶于 四氢呋喃,然后滴加到聚四氟乙烯板上它干成膜,制得可见光光催化降解塑料的方法。 该方法的主要缺点是在大规模生产中的可操作性差,不适合于工业化推广。中国专利 CN1587309A公开了一种光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料的制备方法,该方法是先 将纳米TiO2粉体进行表面改性,然后与聚乙烯共混制成母粒,然后再将含纳米TiO2的母粒与聚乙烯原料共混,采用混炼机混炼制得光降解纳米TiO2-聚乙烯复合塑料。
该方法的主要缺点是:制得的光降解塑料对紫外光的依赖性过大,在太阳光下的降解 效率较低;用该方法制得的光降解塑料,其降解速率不具可控性,难以满足不同领域 的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,该方法 制备的纳米光催化聚乙烯农用薄膜在太阳光照射下可有效降解,且降解速率可控。
本发明一种太阳光光催化降解农用薄膜的制备方法,其特征在于采用有机光敏剂 敏化的纳米TiO2为光催化剂,在双螺杆挤出机中与聚乙烯树脂共混,制得含有敏化 TiO2光催化剂的光催化聚乙烯母粒,该母粒再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得太阳光光 催化降解农用薄膜;其制备过程和步骤如下:
(a)将有机光敏剂溶于溶剂中配成0.001~0.005g/ml的溶液,将其滴加到高速搅 拌的纳米TiO2的水分散液中,滴加结束后继续搅拌30~90min,然后过滤、 洗涤、干燥,制得有机光敏剂敏化的纳米TiO2光催化剂;有机光敏剂为罗丹 明B、曙红、酞菁蓝、亚甲基蓝、或苏丹黑B中的任一种;溶剂为水、乙醇、 或丙中的任一种;
(b)将上述制得的有机光敏剂敏化的纳米TiO2光催化剂放在双螺杆挤出机中与低 密度聚乙烯树脂共混,制得含有敏化TiO2催化剂的光催化聚乙烯母粒;该母 粒再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得犬阳光光催化降解农用薄膜;与母粒共混 的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯树脂或线性低密度聚乙烯树脂中的任一种,或 者该两者的混合树脂,混合树脂的配比为:低密度聚乙烯树脂∶线性低密度 聚乙烯树脂=1∶1~4∶1。
上述的纳米TiO2为矿型或金红石型的任一种,或者该两种的混合晶型,其 粒径为5~100nm;所述的光催化乙烯母粒的光催化剂TiO2的含量为20~40wt%;制 品薄膜的光催化剂TiO2的含量为0.1~10wt%;薄膜的厚度为8~40μm。
上述的低密度聚乙烯树脂其熔融指数MI为0.1~2g/10min。
本发明的特点在于:(1)利用本发明制备的太阳光光催化聚乙烯农用薄膜,工艺 简单、成本低,在太阳光照射下可有效降解,且降解速率可控;(2)利用本发明制备 的太阳光光催化聚乙烯农用薄膜,对紫外光的依赖性大大降低,在太阳光照射下即可 催化聚乙烯农用薄膜发生高效降解反应,在同样条件下,比添加纳米TiO2而未添加 有机光敏剂的薄膜的降解效率提高1~3倍,比纯的聚乙烯薄膜的降解效率提高10 倍以上;(3)本发明成本较低,工艺简单。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。
本发明实施例的工艺流程如下:
1、采用有机光敏剂对纳米TiO2进行表面敏化处理,制备有机光敏剂敏化的光催 化剂。
2、有机光敏剂敏化的光催化剂与聚乙烯树脂在双螺杆挤出机中共混造粒,制得 光催化剂含量为20~40wt%光催化聚乙烯母粒,再与聚乙烯树脂共混吹膜,制得光催 化剂含量为0.1~10wt%的太阳光光催化降解农用薄膜,薄膜厚度为8~40μm。
实施例中,LDPE表示低密度聚乙烯,LLDPE表示线性低密度聚乙烯。
实施例1
将罗丹明B溶于乙醇,配成0.001g/ml的溶液,滴加到高速搅拌的纳米TiO2(粒 径为15nm、锐钛矿型)的水分散液中,滴加完毕后继续搅拌30min,然后过滤、洗 涤、干燥,制得罗丹明B敏化的纳米TiO2光催化剂。将光催化剂与LDPE树脂 (MI=1.0g/10min)在双螺杆挤出机中共混造粒,得到光催化剂含量为20wt%的光催化 聚乙烯母粒,再与LDPE树脂(MI=1.0g/10min)共混吹膜,制得光催化剂含量分别为 0.5wt%、1wt%、2wt%的降解速率可控的太阳光光催化降解农用薄膜。
制得的太阳光光催化降解农用薄膜的厚度约为10μm,将其裁剪成5×5cm2的方 形样品进行太阳光光催化降解试验。研究表明,室温下,经太阳光照射300h后,光 催化剂含量为0.5wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低30.5%,分子量降低61.5 %;光催化剂含量为1wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低33.7%,分子量降 低65.8%;光催化剂含量为2wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低37.1%,分 子量降低69.2%。
实施例2
将曙红溶于乙醇,配成0.002g/ml的溶液,滴加到高速搅拌的纳米TiO2(粒径为 50nm、锐钛矿型)的乙醇分散液中,滴加完毕后继续搅拌45min,然后过滤、洗涤、 干燥,制得曙红敏化的纳米TiO2光催化剂。将光催化剂与LDPE树脂(MI=2.0g/10min) 在双螺杆挤出机中共混造粒,得到光催化剂含量为30wt%的光催化聚乙烯母粒,再与 LDPE树脂(MI=2.0g/10min)共混吹膜,制得光催化剂含量分别为0.5wt%、1wt%、2wt% 的降解速率可控的太阳光光催化降解农用薄膜。
制得的太阳光光催化降解农用薄膜的厚度约为20μm,将其裁剪成5×5cm2的方 形样品进行太阳光光催化降解试验。研究表明,室温下,经太阳光照射300h后,光 催化剂含量为0.5wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低35.9%,分子量降低64.7 %;光催化剂含量为1wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低38.2%,分子量降 低69.2%;光催化剂含量为2wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低41.1%,分 子量降低75.6%。
实施例3
将酞菁蓝溶于乙醇,配成0.003g/ml的溶液,滴加到高速搅拌的纳米TiO2(粒径 为25nm、锐钛矿型)的乙醇分散液中,滴加完毕后继续搅拌60min,然后过滤、洗 涤、干燥,制得酞菁蓝敏化的纳米TiO2光催化剂。将光催化剂与LDPE树脂 (MI=2.5g/10min)在双螺杆挤出机中共混造粒,得到光催化剂含量为30wt%的光催化 聚乙烯母粒,再与LDPE树脂(MI=2.5g/10min)共混吹膜,制得光催化剂含量分别为 0.5wt%、1wt%、2wt%的降解速率可控的太阳光光催化降解农用薄膜。
制得的太阳光光催化降解农用薄膜的厚度约为25μm,将其裁剪成5×5cm2的方 形样品进行太阳光光催化降解试验。研究表明,室温下,经太阳光照射300h后,光 催化剂含量为0.5wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低31.7%,分子量降低56.2 %;光催化剂含量为1wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低34.2%,分子量降 低59.7%;光催化剂含量为2wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低36.7%,分 子量降低64.8%。
实施例4
将亚甲基蓝溶于丙酮,配成0.004g/ml的溶液,滴加到高速搅拌的纳米TiO2(粒 径为75nm、锐钛矿型)的乙醇分散液中,滴加完毕后继续搅拌75min,然后过滤、 洗涤、干燥,制得亚甲基蓝敏化的纳米TiO2光催化剂。将光催化剂与LDPE树脂 (MI=3.0g/10min)在双螺杆挤出机中共混造粒,得到光催化剂含量为30wt%的光催化 聚乙烯母粒,再与LDPE树脂(MI=3.0g/10min)共混吹膜,制得光催化剂含量分别为 0.5wt%、1wt%、2wt%的降解速率可控的太阳光光催化降解农用薄膜。
制得的太阳光光催化降解农用薄膜的厚度约为25μm,将其裁剪成5×5cm2的方 形样品进行太阳光光催化降解试验。研究表明,室温下,经太阳光照射300h后,光 催化剂含量为0.5wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低28.9%,分子量降低53.1 %;光催化剂含量为1wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低30.7%,分子量降 低56.2%;光催化剂含量为2wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低32.4%,分 子量降低59.5%。
实施例5
将苏丹黑B溶于丙酮,配成0.005g/ml的溶液,滴加到高速搅拌的纳米TiO2(粒 径为25nm、锐钛矿与金红石的混合晶型)的乙醇分散液中,滴加完毕后继续搅拌 90min,然后过滤、洗涤、干燥,制得苏丹黑B敏化的纳米TiO2光催化剂。将光催化 剂与LDPE树脂(MI=1.5g/10min)在双螺杆挤出机中共混造粒,得到光催化剂含量为 30wt%的光催化聚乙烯母粒,再与LDPE(MI=1.5g/10min)和LLDPE(MI=2g/10min)的 混合树脂(其中LDPE树脂的含量为50%,LLDPE树脂的含量为50%)共混吹膜,制 得光催化剂含量分别为0.5wt%、1wt%、2wt%的降解速率可控的太阳光光催化降解农 用薄膜。
制得的太阳光光催化降解农用薄膜的厚度为30μm,将其裁剪成5×5cm2的方形 样品进行光催化降解试验。研究表明,室温下,经太阳光照射300h后,光催化剂含 量为0.5wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低27.7%,分子量降低58.1%;光 催化剂含量的为1wt%太阳光光催化降解农用薄膜重量降低30.3%,分子量降低62.4 %;光催化剂含量为2wt%的太阳光光催化降解农用薄膜重量降低34.1%,分子量降 低66.7%。
以下为对比试验例:
对比例1
用LDPE树脂(MI=1g/10min)吹膜制得不含纳米光催化剂的聚乙烯农用薄膜,薄 膜厚度10μm。室温下,该农用薄膜经太阳光照射300h后,重量降低2.5%,分子量 降低15.6%。
对比例2
用LDPE(MI=1.5g/10min)与LLDPE(MI=1g/10min)的混合树脂(其中LDPE树脂的 含量为90wt%,LLDPE树脂的含量为10wt%)吹膜制得不含纳米光催化剂的聚乙烯 农用薄膜,薄膜厚度20μm。室温下,该农用薄膜经太阳光照射300h后,重量降低 2.7%,分子量降低17.3%。
对比例3
用LDPE树脂(MI=2g/10min)与未光敏化的纳米TiO2光催化剂在双螺杆挤出机中 共混,制得光催化剂含量为20wt%的光催化聚乙烯母粒,再与LDPE树脂 (MI=2g/10min)共混吹膜,制得光催化剂含量为1wt%的聚乙烯农用薄膜,薄膜厚度 30μm。室温下,该农用薄膜经太阳光照射300h后,重量降低16.1%,分子量降低 42.7%。
以上试验表明,使用有机光敏剂敏化的纳米TiO2为光催化剂与聚乙烯树脂共混 吹膜制得的农用薄膜,在太阳光照射下可发生高效的光催化降解,这样可有效地降低 废弃农用薄膜对环境造成的危害。
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