[发明专利]一种废铝塑基3D打印光催化器件的制备方法

说明书

本发明公开一种废铝塑基3D打印光催化器件的制备方法。本发明以废弃铝塑包装材料粉体为原料，依次通过双螺杆挤出机、单螺杆挤出机和3D打印机制成不同形状及填充率的光催化基底器件；再用粉末喷射器将光催化剂加热后喷射到光催化基底器件上，原位固定于光催化基底器件上，形成具有高效光催化活性的3D打印悬浮光催化器件。

技术领域

本发明属于环境保护及光催化领域，具体涉及一种废铝塑基3D打印光催化器件的制备方法。

背景技术

工业化的快速发展，由于初期不恰当的发展方式，造成了大量的环境污染问题，也极大的消耗了能源与资源，造成了能源与资源需求紧张的局面。有机污染物作为环境问题中的一种，采用光催化降解水体中的有机污染物是一种常规的处理手段，同时光催化也可应用于能源领域，进行氢能的开发；但光催化剂一般为粉体，同样面临难以从水体中分离的困境，因此固定化催化剂不失为一种有效的手段，在保持高效催化降解有机污染物或者氢能开发的同时，又可轻易的从水体中分离，且不对水体造成二次污染。采用回收的废铝塑基包装材料进行适当的加工，并制成可用于光催化剂固定化的载体，不仅可降低废铝塑基材料造成的环境污染，同时还能实现废铝塑材料的高质化高值化利用。

废铝塑包装材料一般包括聚乙烯/铝、聚丙烯/铝、聚对苯二甲酸乙二醇酯/铝等，废铝塑包装材料经加工后，金属与聚合物连接紧密，难以分离，回收利用率较低。对废铝塑包装材料常用的处理方法为填埋或焚烧，也有部分国内外企业采用机械分离法或化学分离法实现对铝塑的分离再利用，但机械分离法难以实现铝塑的完全分离；化学分离法又存在成本高、溶剂难回收、能耗大、环境污染严重等问题。因此亟需开发一种环境友好、高质化再利用废铝塑包装材料的方法。

将废铝塑包装材料直接研磨成粉体（在这过程中部分铝被氧化为氧化铝），制备光催化基底3D打印线材，并负载光催化剂，是一种实现废铝塑包装材料高质化利用环境友好的方法。该方法主要是利用3D打印的可个性化定制性，高分子材料的热塑性及铝和氧化铝的导热性。废铝塑包装中铝的含量约占10~25%，研磨后，铝塑中的铝在塑料中均匀分布，粒径可达到10~50微米，铝的表面层被均匀的氧化为氧化铝。3D打印作为一种新型的智能制造技术，具有可快速制备、精细化制造，高材料利用率等特点。热塑性高分子材料通过3D打印在一定温度下熔融挤出，个性化制备所需模型。铝和氧化铝的导热性有助于其捕获大量的入射光，并将光转移到固定化的催化剂上，引导激发光催化剂，从而提高载流子的活化和光生化，产生更高的光生电子-空穴对，有助于实现光催化剂的高效催化降解有机污染物或高效产氢产氧。

器件悬浮的条件为器件所受浮力等于器件本身的重力，或是器件的密度等于液体的密度，即可达到器件悬浮的效果。故可调节打印模型的填充度，使器件的整体密度与液体的密度相近。例如：将器件用于水中污染物的去除，水的密度约为1.0 g/cm³；所制备的某一批次线材密度约为1.5 g/cm³，设计半径为2 cm的球体器件，球体的体积约为33.51 cm³；若模型填充率为100%，因其密度大于水，则会沉入水中；而当填充率约为66.67%时，其质量则约等于33.51 g，整体密度与水的密度相近，可达到悬浮的效果。使器件悬浮于水体中，既与水相充分接触，又可最大程度利用光源，提升光催化降解有机污染物及产氢产氧的效率。

本发明的3D打印线材，因基体材料中含有微米级氧化铝颗粒，且能浮于液面，将光催化剂负载于3D打印光催化器件上，可实现高效降解有机污染物及高效产氢产氧，可应用于污水中有机污染物的治理和能源领域。

发明内容

本发明的目的是提出一种废铝塑基包装制备3D打印线材及其光催化应用。为了实现本发明，技术方案如下：

一种废铝塑基3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将废弃铝塑包装材料加入固相力化学反应器中进行研磨，通入氧气原位氧化铝片，循环研磨10~15次即得废弃铝塑包装粉体；