本发明专利技术提出了一种纳米Ti02光催化可降解农用塑料地膜及其制备方法，该地膜由以下重量百分比的组分组成：0.5-5%的Ti02光催化剂，92-98%的PE塑料母粒，1-2%的聚乙烯蜡，0.5-1%的硅烷偶联剂，所述Ti02光催化剂为粒径1nm-100nm的混晶型纳米Ti02光催化剂，并掺杂有N、Fe、S、Ce、K、Ca或P中的一种元素或任意两种以上元素，将四种组分直接混合后，通过双螺杆挤出机二次造粒，再通过吹膜机吹膜，即可制备出Ti02光催化可降解农用塑料地膜。本发明专利技术采用纳米Ti02光催化剂制备可降解农用塑料地膜，工艺简单，成本低，易于工业化批量生产，制备的可降解农用塑料地膜在太阳光下即可降解，降解速度快。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用纳米TiO2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
技术介绍
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I. 5 2. Omm的农作物秸杆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、农作物秸杆、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TiO2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TiO2价带上的电子(e_ )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e _与吸附在纳米二氧化钛表面上的H20、O2分子发生作用，生成OH' ,02' ,OOH-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H20，PE分子结构式为nCH2=CH2 — [一CH2 — CH2—CH2 — CH2—] 一光催化分解后形成CO2和H2O。由于TiO2的禁带宽度为3. 2 e V，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TiO2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TiO2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。TiO2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TiO2形态结构及光催化活性的影响一文中报道，N掺杂在TiO2表面生成Ti-O-N键，形成新的能级结构，使催化剂的吸收红移至450-550nm，诱发TiO2可见光催化活性，N掺杂同时可抑制TiO2晶粒生长，减缓TiO2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。2009年《化工进展》第28卷第2期关于纳米二氧化钛光催化剂共掺杂的协同效应，该文对二氧化钛共掺杂元素产生协同效应进行了详细研究和报道，共掺杂P、N、S、Fe、 CaXe等元素可进一步提高二氧化钛的光降解效率，促进二氧化钛可见光响应，抑制光生电子与空穴的复合，提高催化剂表面羟基含量等方面做了详细研究。2008年4月《人工晶体学报》第37卷第2期关于Ce掺杂TiO2纳米粉体的制备及光催化性能研究一文中，Ce掺杂缩小了 TiO2的锐钛矿相到金红石相(A-R)的相变温区范围，抑制了 TiO2的晶粒增长，掺杂适量的铈提高了 TiO2的光催化活性，提高了对有机物降解的效率。2010年12月《长春理工大学学报》(自然科学版)第33卷第4期阐述了 Fe掺杂纳米二氧化钛的光催化活性研究，文中研究结果显示掺铁能明显提高TiO2的光催化活性。中国专利文献CN1405213A公开了一种《利用二氧化钛为催化剂制备紫外光光催化降解塑料的方法》，是将二氧化钛粉体与塑料混合溶于四氢呋喃中配成溶液，将溶液均匀的滴加在聚四氟乙烯板上，自然风干后揭下即可，该方法不利于工业化批量生产，生产过程需要增加反应釜和罐等设备，自然风干需要很大的场地和聚四氟乙烯板，而且，风干需要时间和人工，浪费人力物力。中国专利文献CN101181678公开的一种《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》，是将聚乙烯塑料溶于甲苯中，将Ce改性的二氧化钛粉或液溶于聚乙烯甲苯的溶液中，将制备的溶液置于玻璃圆盘上，在343K温度下烘干30分钟或室温下风干48小时后，制得复合薄膜。其可降解塑料薄膜的制备方法与CN1405213A类同，同样存在不利于工业化批量生产、制作工艺复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术针对目前农用地膜难降解的白色垃圾污染问题，提出了一种在太阳光下即可降解的纳米TiO2光催化可降解农用塑料地膜，同时提供一种该可降解农用塑料地膜的制备方法，该方法工艺简单，成本低，易于工业化批量生产。本专利技术的纳米TiO2光催化可降解农用塑料地膜，由以下重量百分比的组分组成0.5-5%的TiO2光催化剂，92-98%的PE塑料母粒，1-2%的聚乙烯蜡，0. 5-1%的硅烷偶联剂，所述TiO2光催化剂为粒径Inm-IOOnm的混晶型(75%锐钛型和25%金红石型的混晶型)，该TiO2光催化剂中掺杂有N、Fe、S、Ce、K、Ca或P中的一种元素或任意两种以上元素，掺杂量不大于TiO2光催化剂重量的5%，掺杂两种以上元素时各元素的重量比为任意比例。TiO2光催化剂中掺杂N、Fe、S、Ce、K、Ca或P元素的方法为现有常规技术，在此不再赘述。上述地膜通过纳米Ti02的混晶效应和离子掺杂以及各组分合理的配比提高降解能力 I、混晶效应即锐钛矿相和金红石相的混晶(非机械混合)来提高纳米TiO2的光催化活性。原因在于在锐钛矿晶体表面生长了薄的金红石层，由于晶体结构的不同，能有效地促进锐钛矿晶体中的光生电子和空穴电荷的分离。2、离子掺杂采用溶胶凝胶法(现有技术)在纳米TiO2中引入元素N、Fe、S、Ce、K、Ca、P等，使TiO2晶体发生晶格畸变，产生更多的晶体缺陷，改变TiO2的禁带宽度，以达到可见光条件下的响应，提高可见光的催化活性，这些都是提高太阳光下TiO2光催化降解农用地膜很重要的方法。光催化降解形成的CO2和H2O,有助于植物的生长，降解后的产物还可以改善土壤，杀灭土壤中的细菌和病毒，分解土壤本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纳米TiO2光催化可降解农用塑料地膜，其特征是由以下重量百分比的组分组成0. 5-5%的Ti02光催化剂，92-98%的PE塑料母粒，1-2%的聚乙烯蜡，O. 5-1%的硅烷偶联齐U，所述Ti02光催化剂为粒径Inm-IOOnm的混晶型纳米TiO2光催化剂，该TiO2光催化剂中掺杂有N、Fe、S、Ce、K、Ca或P中的任意一种兀素或两种以上兀素，掺杂量不大于TiO2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王江彬，
申请(专利权)人：莱阳子西莱环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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