[发明专利]一种可快速光催化降解的复合塑料

说明书

本发明公开了一种可快速光催化降解的复合塑料。该塑料的特征在于聚合物中包含了分散均匀且具有优异的光催化性能的铁离子或者铜离子表面修饰的二氧化钛(锐钛矿或金红石相或其混晶)，与单纯塑料和包含未修饰的二氧化钛的复合塑料相比，该包含铜/铁离子表面修饰二氧化钛的复合塑料均展现出极为优异的光催化降解性能。其效果在于，在光照240h后,掺入4wt％铜离子表面修饰二氧化钛的复合塑料，其失重率高达30.07％；掺入2wt％铜离子表面修饰的二氧化钛的复合塑料，其失重率达到13.93％；掺入2wt％未表面修饰纯的二氧化钛的复合塑料，其失重率为6.82％；而未掺入任何光催化剂的纯塑料，其失重率仅为2.68％。

技术领域

本发明涉及到高分子塑料技术领域，具体地说是一种可快速光催化降解的复合塑料。

背景技术

塑料制成品以质量轻、成本低、功能广等特点而广泛应用于信息、能源、工农业、交通运输等国民经济各个领域，并与钢铁、木材和水泥一起构成了现代社会中的四大基础材料，大大推动了国民经济的快速发展。但由于塑料制成品的内部结构极其稳定，在自然环境中难以达到降解，从而给环境及人民的生产生活带来了难以收拾的隐患，故称之为“白色污染”。根据相关资料表明，2011-2016年，我国塑料制成品的产量从5474.31万吨迅速增长至

7717.19万吨，年平均增长率达到了7.11％。目前我国已成为世界最大的塑料制成品生产和消费市场之一。然而全国各地对塑料垃圾的回收率极低，整体塑料垃圾仅有一成被回收，其余都堆积于自然环境中，这无论对于陆地环境还是水域环境都是一场巨大的灾难。

目前处理废弃塑料制成品的主要方式有：填埋、焚烧和回收利用等。但这些方式不是在处理垃圾的同时又衍生出新的环境污染问题，如填埋和焚烧，就是其处理方式成本过高以及收益过低致使人们丧失积极性。例如，申请号为201510977604.6的发明专利公布的一种光生物双重降解聚乙烯材料具有较好的降解性能，但其生产过程对设备以及原材料要求过高，以致整个生产成本居高不下，从而降低了人们的生产积极性。因此，废弃塑料制成品的处理至今仍是环保工作中的一大难题。

光催化技术是在环境治理、太阳能转化和自洁净等方向极具应用前景。将光催化剂掺入塑料制成品中，可制备出环境友好的光降解复合塑料。二氧化钛是一种较早研究的固体光催化剂，它具有高活性、高稳定性、低成本和无毒等优点，已被广泛应用于各个光催化领域。其机理为，在光照条件下，半导体材料二氧化钛产生光生载流子(光生电子和光生空穴)。光生电子和光生空穴在聚合物表面分别与氧气和水反应，最终均生成高活性的氧自由基。该自由基具有很强的氧化能力，是塑料制成品光催化氧化降解过程中的主要氧化剂。但二氧化钛光催化降解塑料，其效率是很低的。其一是该材料主要吸收近紫光等短波长光，而紫外光在太阳光中仅占十分之一不到；其二是光生电子和光生空穴复合率很高，进而降低了光催化活性。例如，申请号为200980128631.9的发明专利以碳改性的二氧化钛为光催化剂，掺入塑料制品当中制成可光降解的塑料，但由于该光催化剂的活性较低，致使其塑料制品仍无法在自然环境中得到充分的降解。因此制备具有高光催化活性的材料仍然是相关领域的科研工作者聚力攻关的方向。

近年来，过渡金属离子表面修饰的二氧化钛展现出极其优异的光催化性能，由于过渡金属离子对光生电子的捕抓，使光生载流子快速分离，减少复合率并在表面进行多电子还原，大大地提高了该材料的光催化活性。本发明将聚合物塑料制成品分别与铁离子表面修饰的二氧化钛、铜离子表面修饰的二氧化钛结合，制成一种可快速光催化降解的复合塑料。在氙灯光源照射下进行降解，随之对其重量进行定时的称量，重量的减小证实了该塑料制品已经逐渐被氧化，最终生成二氧化碳和水。

发明内容

针对现有塑料制成品降解性能较差，本发明提供了一种可快速光催化降解的复合塑料，其制作成本低，在保留原有机械性能的前提下可快速进行光催化降解。

根据本发明的技术方案描述，一种可快速光催化降解的复合塑料包含分散均匀且具有极其优异的光催化性能的铜离子表面修饰的二氧化钛，其特别是以细分散体的形式。