[发明专利]一种具有光响应开关、自指示性的光催化体系及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有光响应开关、自指示性的光催化体系及制备方法和应用，尤其是光催化体系在塑料可控自指示降解领域的普适性的应用。本发明涉及利用光催化剂、光生电子‑空穴消耗剂及光生电子‑空穴消耗剂络合物组合光催化体系，利用光生电子‑空穴消耗剂与光生电子‑空穴消耗剂络合物反应前后颜色变化，构建具光响应开关、自指示性的光催化体系。在光照初期，光催化体系具一定颜色，不具有光催化活性，光照一定时间后，光催化体系颜色发生变化，具有高效光催化活性。该光催化体系可作为填料添加到塑料中，为塑料提供可控自指示降解性。使塑料在使用期具高稳定性，在废弃期具高降解效率。并利用光催化体系颜色变化向消费者指示塑料废弃期的开始。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种具有光响应开关、自指示性的光催化体系及制备方法和在塑料降解领域的应用，尤其涉及光催化体系在控制塑料稳定期、降解期、降解效率以及通过颜色变化展示塑料降解期开始方面的应用。

背景技术

我国每年产生的不可分解的塑料垃圾达五千万吨，给环境带来极大负担。生物降解塑料可以减少塑料污染，然而生物降解塑料由于脆弱性、低机械性能、低抗热性能、低气体阻隔性能而尚未广泛推广使用。传统塑料由于具有很好的机械性、热稳定性、化学生物惰性、低廉的价格而占有巨大的市场份额。然而由于传统塑料的稳定性，塑料垃圾对土壤生态系统和水体生态系统带来巨大危害，在塑料垃圾处理过程中，填埋技术需要几百上千年的时间来降解传统塑料，焚烧技术产生的气体给环境带来二次危害。如何发展传统塑料降解技术，在确保塑料使用期机械性能、热稳定性能等不变的基础上，提高废弃期塑料的降解效率，对环境保护、可持续发展以及现有塑料产业均具有重要意义。

根据使用需求，理想的塑料降解技术应该保证塑料在使用期内具有很好的稳定性，在废弃期具有很快的降解速率，短时间内彻底矿化，而目前在传统塑料降解技术领域尚没有技术同时满足以上要求。

在传统塑料降解领域，相应技术可以分为两类：一类是微生物降解，利用土壤、水体、堆肥中的微生物降解塑料，然而微生物降解传统塑料异常缓慢。另一类是非生物降解传统塑料，将助氧剂等填料添加到塑料中，在光、热等协助下加速塑料的降解。非生物降解传统塑料技术又分为光助氧剂氧化，热助氧剂氧化和光催化降解，然而非生物降解如达到塑料完全降解需要很长的加热或光照时间。由于微生物降解和非生物降解塑料各有优缺点，目前更加可行的研究方案是采用非生物预降解-生物降解塑料。Chiellini, E.和Portillo, F.（Chiellini, E.; Corti, A.; D’Antone, S. Oxo-biodegradable fullcarbon backbone polymers e biodegradation behaviour of thermally oxidizedpolyethylene in an aqueous medium. Polymer Degradation and Stability 2007,92, 1378-1383. Portillo, F.; Yashchuk, O.; Hermida, E. Evaluation of the rateof abiotic and biotic degradation of oxodegradable polyethylene. PolymerTesting 2016, 53, 58-69.）的研究表明，使用光助氧剂氧化和热助氧剂氧化预降解技术的塑料在后续的生物处理中，由于光助氧剂及热助氧剂的活性不高，导致塑料氧化不完全，导致后续生物降解矿化率低，矿化速度受限。

光催化预降解技术由于具有高活性，近期受到广泛关注。然而光催化剂在塑料降解领域的应用遇到以下两个瓶颈问题: 一， 由于光催化剂的高效性，导致塑料无稳定期，无法实现对塑料稳定期的调控(CN101181678B，)；二，塑料在储存、运输、销售及使用过程中，由于环境因素不同，塑料自身的降解程度不同，没有指示体系为使用者提供塑料是否适宜使用的信息。

发明内容

本发明针对现有光催化技术存在的缺陷，提出一种具有光响应开光、自指示性的光催化体系、制备方法、及其在塑料降解领域的应用。