[发明专利]一种稀土改性光催化剂及其制备的可降解塑料薄膜与制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及可降解塑料薄膜技术领域，具体的说，涉及一种稀土改性光催化剂，可降解塑料薄膜及制备技术。

背景技术

由于薄膜能起到保温护根、防冻、保墒、调节光照、节水、除草以及控制土壤盐碱度的作用，进而促进作物早熟，提高作物产量和质量，因此其成为世界粮食和经济作物增产的有效途径之一。我国薄膜产量和覆盖面积大致相当于世界其他国家总和的1.6倍；然而，薄膜覆盖技术在给农业增产增收带来巨大经济效益的同时，也严重污染了土地。由于我国特殊的国情，国产薄膜回收利用相当困难，由此引起了严重的薄膜白色污染问题。发展可降解薄膜成为解决薄膜以及其他塑料制品白色污染问题的理想途径，同时可提升薄膜以及其他塑料制品的国际竞争能力，具有重要的意义。

传统的可降解薄膜主要是在聚乙烯等树脂中掺入可被生物降解、光降解的物质或者添加光敏化剂等成分，使其在施用过程中可局部先发生破裂，然后大片薄膜变成不被注意的小碎片进入土壤，但这只能使将显形污染变成隐形污染，不能从根本上解决薄膜白色污染问题。因此，目前可降解薄膜的开发热点又转为光/生物双降解薄膜，即用其他结构的可降解高分子材料来代替加入光降解剂的聚烯烃，或者将新型可降解材料与聚烯烃、降解剂材料共混，把生物降解和光降解结合起来提高降解效率和可控性。但总的来说，当前人们研究开发的可降解薄膜均存在成本高、降解效果不理想等问题，因此研制出一种经济有效的可控降解薄膜具有重要的环境意义和社会意义。

稀土农用几十年的研究与实践表明，稀土具有促进作物生长、提高光合速率、提高农作物产量并改善其品质等优良的作用。在塑料薄膜应用方面，稀土可改善塑料着色、转光等性能，同时增强薄膜可控降解能力。因此，稀土是非常有益的薄膜改性元素。掺入或嫁接经济有效有益的无机材料来增强薄膜的可控降解能力，是当前环境友好塑料研究的热点。目前国内外有关稀土作为光敏化剂改性聚乙烯等树脂来增强薄膜的可控降解能力的研究主要集中在简单添加脂肪族羧酸共生稀土配合物光敏剂，但必须复合其他塑料助剂以及添加可生物降解成分如淀粉等材料，该类薄膜的塑料助剂制备与复配繁琐、成本较高且应用有效性不理想。众所周知，二氧化钛是价廉、无毒且具有良好的化学稳定性和光稳定性的环境友好材料，其可在紫外光作用下将各种有机物彻底矿化为二氧化碳和水。二氧化钛也是常用的薄膜添加剂。添加二氧化钛加速塑料薄膜降解的研究则仅限于其单独掺加，薄膜降解效果不够理想，且其透光性能以及可控降解性能较差，同时不能有效利用太阳光进行降解，而且弱光或暗态下几乎无降解能力。薄膜随施用的时间、场所其所受光照的波长和强度有很大的差异，且其破裂的碎片易进入土壤处于厌氧无光照条件下，从而造成当前各种可降解薄膜的降解不完全。因此开发一种采光性能可调变、可有效利用太阳光以及土壤不同体系条件自行可控降解的薄膜无疑是解决当前薄膜白色污染的理想途径之一，其关键技术也可推广到其他应用领域的塑料制品中，从而为解决塑料污染这一世界难题提供有力的支持。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术中塑料污染的问题，提供一种可对塑料薄膜进行改性的稀土改性光催化剂，从而使塑料薄膜具备可降解性。

本发明的另一个目的是提供上述稀土改性光催化剂的制备方法。

本发明的进一步目的是提供包含上述稀土改性光催化剂的可降解塑料薄膜。

本发明的另一个目的是提供上述可降解塑料薄膜的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土改性光催化剂，由稀土元素和二氧化钛组成，稀土元素的重量是钛元素重量的0.1～10％。依不同薄膜产品降解的需要，可调整不同稀土元素掺杂比例。

在上述稀土改性光催化剂中，所述稀土元素优选镧、铈、镨或钕。由于稀土元素可促进植物生长发育，提高作物产量，提高作物硝酸还原酶、固氮酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、过氧化物酶和酯酶等活性及土壤酶的活性，促进新陈代谢。用于降解农膜施用过程中，稀土元素进入土壤，不会对土壤造成危害，而起到了改善土壤品质的作用。

稀土改性光催化剂的制备方法包括气相水解法，胶溶法，溶胶-凝胶法，沉淀法，氧化还原法等，可制得粉末状或溶胶状活性光催化剂。依不同的制备方法及成品质量要求，可以选用不同的钛源，如钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯、四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛或六氟化钛酸铵等中任意一种。