[发明专利]纳米Ti02光催化可降解农用塑料地膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用纳米Ti0₂光催化剂制备的可降解农用塑料地膜，属可降解农用塑料地膜技术领域。

背景技术

白色污染是人们对难降解的塑料垃圾污染环境现象的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活及农用塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致造成城市和农村环境严重污染的现象。

我国目前使用的塑料制品的降解时间，通常至少需要200年，若被填埋，将直接占用土地，且1000年内难以降解，农田里的废农膜、塑料袋长期残留在田中，会影响农作物对水分、养分的吸收，抑制农作物的生长发育，造成农作物的减产。若牲畜吃了塑料膜，会引起牲畜的消化道疾病，甚至死亡。填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。 若直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生二恶英——迄今为止毒性最大的一类物质。二恶英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，它会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏及脑有严重的损害作用，焚烧垃圾排放出的二恶英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。

目前，可降解塑料地膜的种类及降解方法也有多种，如中国专利文献CN101250295公开的《一种可降解塑料薄膜》，其组成成分有薄膜级聚乙烯和薄膜级聚乳酸，薄膜级聚乙烯的重量百分数是50％～80％，薄膜级聚乳酸的重量百分数是20％～50％，是利用聚乳酸实现降解。 

 CN102120870A公开的《一种可降解塑料及其生产方法》，是将长度为1.5~2.0mm的农作物秸秆碎屑经干燥后与塑料、塑料助剂混合，经双螺杆挤出机挤出造粒；投料时，塑料、农作物秸秆、塑料助剂分别占原料总质量的63-73%、23-33%和4-6%，是一种生物降解方法。这些可降解塑料地膜成本高，制备过程复杂。

纳米Ti0₂具有传统材料所不具备的特殊物理、化学特性，其化学稳定性高，无毒无污染，因其颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高等特点，使其具有强大的氧化还原能力，在紫外光的作用下纳米Ti0₂价带上的电子（eˉ）很容易被激发跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴（h+），随后h+和eˉ与吸附在纳米二氧化钛表面上的H₂O、O₂分子发生作用，生成OHˉ、O2ˉ、OOHˉ等具有极强氧化作用的高活性集团自由基，这些自由基的氧化性很高，与有机物的C、H链形成无害物质CO₂和H₂O，PE分子结构式为：nCH2=CH2→—[—CH2—CH2—CH2—CH2—]—光催化分解后形成CO₂和H₂O。

由于Ti0₂的禁带宽度为3.2ｅＶ,这使得只有波长小于387nm的紫外线才能激发它的催化活性。虽然太阳光中有约5%的紫外，能够激发Ti0₂光催化活性降解地膜，但降解能力不理想，降解时间的可控性差，而太阳光中的大部分可见光不能充分利用，为了进一步提高Ti0₂的光催化活性，使其在可见光条件下的催化性能，实现降解时间的可控性。

Ti0₂光催化剂相关的掺杂技术在以下文献中均有记载：

2008年2月《无机化学报》第24卷第2期关于：N掺杂对Ti0₂形态结构及光催化活性的影响一文中报道，N掺杂在Ti0₂表面生成Ti-0-N键，形成新的能级结构，使催化剂的吸收红移至450-550nm，诱发Ti0₂可见光催化活性，N掺杂同时可抑制Ti0₂晶粒生长，减缓Ti0₂粒子间团聚。

2010年3月《硅酸盐学报》第38卷第3期关于：N掺杂二氧化钛具有良好的可见光催化活性，该文综述了N二氧化钛可见光相应机理和提高催化活性方面的研究进展。