專利名稱：一種制備可見光光催化降解塑料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用TiO2/有機(jī)染料為光催化劑，制備在可見光范圍內(nèi)即可光催化降解的塑料的方法，屬化學(xué)化工領(lǐng)域。
本發(fā)明提出了一種制備可見光光催化降解塑料的方法，其具體步驟包括(1)TiO2/有機(jī)染料納米粉體光催化劑的制備原料采用有機(jī)染料、TiO2納米粉體和無水乙醇，其重量比為有機(jī)染料TiO2納米粉體∶無水乙醇＝1∶12.5～100∶15000～45000，具體步驟為a.將適量TiO2納米粉體溶于無水乙醇中，60～80℃恒溫水浴攪拌30～60min；b.配制一定濃度的有機(jī)染料乙醇溶液，將其滴加到上述步驟a的溶液中，得到的混合液經(jīng)離心分離、洗滌、烘干，得到具有一定顏色的TiO2/有機(jī)染料樣品，其中有機(jī)染料的含量為1～8wt.％；(2)可見光光催化降解塑料的制備以TiO2/有機(jī)染料納米粉體為催化劑，以四氫呋喃為溶劑，將塑料與二者混合，制備可見光光催化降解塑料，具體步驟為a.首先將塑料溶于四氫呋喃中，再加入適量TiO2/有機(jī)染料納米粉體，攪拌30～90min，使TiO2/有機(jī)染料納米粉體在溶液中擴(kuò)散均勻，其重量比為TiO2/有機(jī)染料納米粉體∶塑料∶四氫呋喃＝1∶20～60∶300～800；b.將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可見光光催化降解的塑料。
本發(fā)明中所述有機(jī)染料采用酞菁銅、羅丹明B或玫瑰紅中的任一種；塑料采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的任一種。
利用本發(fā)明的方法制備出的可見光光催化降解塑料，具有在可見光下降解的特點。在相同自然光(含有少量紫外線，絕大部分為可見光)照射時間內(nèi)，由本發(fā)明方法制備出的塑料-(TiO2/有機(jī)染料)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由塑料-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高2.0和3.0倍左右，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了五分之三左右，產(chǎn)生的二次污染少。
對于TiO2納米粉體的制備，請參見“用四氯化鈦醇解法制備二氧化鈦納米粉體的方法”(專利號ZL99100221.0)。
塑料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等實施例一(1)制備TiO2納米粉體室溫下將99ml的TiCl4溶液緩慢滴加到350ml 95％的C2H5OH中，邊滴加邊攪拌。再經(jīng)15min超聲振蕩，得到均勻透明的淡黃色溶液。將該溶液在密閉環(huán)境中靜置3天。再向該溶液中滴加300ml 95％的C2H5OH，密閉環(huán)境中靜置進(jìn)行成膠化反應(yīng)，能獲得具有一定粘度的透明溶膠。該溶膠經(jīng)80℃加熱處理，除去溶劑就可形成淡黃色的干凝膠。前軀體干凝膠經(jīng)400℃恒溫3小時熱處理形成TiO2納米粉體。
(2)TiO2/酞菁銅納米粉體光催化劑的制備將0.2g TiO2溶于50ml無水乙醇中，60℃恒溫水浴攪拌30min，滴加含有0.00576g的酞菁銅乙醇溶液100ml。將得到的淺藍(lán)色混合液離心分離，用去離子水洗3次，烘干，得淺藍(lán)色TiO2/酞菁銅樣品。研磨后樣品呈灰藍(lán)色。其中酞菁銅的含量為2.8wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/酞菁銅樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
(3)將0.5g聚苯乙烯塑料溶于10ml的四氫呋喃中，再加入0.01g TiO2/酞菁銅納米粉體。攪拌60min，使TiO2/酞菁銅在溶液中擴(kuò)散均勻。將此約10ml的溶液，均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚苯乙烯-(TiO2/酞菁銅)可見光光催化降解塑料。在自然光照射250小時后，由本發(fā)明方法制備出的聚苯乙烯-(TiO2/酞菁銅)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚苯乙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高1.7及3.0倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了五分之三，產(chǎn)生的二次污染少。
實施例二TiO2如實施例一。
TiO2/酞菁銅納米粉體光催化劑的制備將0.5g TiO2溶于100ml無水乙醇中，70℃恒溫水浴攪拌35min，滴加含有0.01g的酞菁銅乙醇溶液200ml。將得到的淺藍(lán)色混合液離心分離，用去離子水洗5次，烘干，得淺藍(lán)色TiO2/酞菁銅樣品。研磨后樣品呈灰藍(lán)色。其中酞菁銅的含量為2.0wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/酞菁銅樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
將12.0g聚乙烯塑料溶于40ml的四氫呋喃中，再加入0.07g TiO2/酞菁銅納米粉體。攪拌60min，使TiO2/酞菁銅在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚乙烯-(TiO2/酞菁銅)可見光光催化降解塑料。在自然光照射時間200小時后，由本發(fā)明的方法制備出的聚乙烯-(TiO2/酞菁銅)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚乙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高2.2及2.7倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了三分之二，產(chǎn)生的二次污染少。
實施例三TiO2如實施例一。
TiO2/羅丹明B納米粉體光催化劑的制備將0.6g TiO2溶于120ml無水乙醇中，60℃恒溫水浴攪拌50min，滴加含有0.05g的羅丹明B乙醇溶液240ml。將得到的混合液離心分離，用去離子水洗4次，烘干，得TiO2/羅丹明B樣品。其中羅丹明B的含量為7.7wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/羅丹明B樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
將5.0g聚氯乙烯塑料溶于75ml的四氫呋喃中，再加入0.25g TiO2/羅丹明B納米粉體。攪拌50min，使TiO2/羅丹明B在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚氯乙烯-(TiO2/羅丹明B)可見光光催化降解塑料。在自然光照射200小時后，由本發(fā)明的方法制備出的聚氯乙烯-(TiO2/羅丹明B)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚氯乙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高1.5及2.4倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了五分之二，產(chǎn)生的二次污染少。
實施例四TiO2如實施例一。
TiO2/玫瑰紅納米粉體光催化劑的制備將0.1g TiO2溶于20ml無水乙醇中，60℃恒溫水浴攪拌30min，滴加含有0.001g的玫瑰紅乙醇溶液30ml。將得到的溶液離心分離，用去離子水洗3次，烘干，得TiO2/玫瑰紅樣品。其中玫瑰紅的含量為1.0wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/玫瑰紅樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
將2.0g聚丙烯塑料溶于30ml的四氫呋喃中，再加入0.04g TiO2/玫瑰紅納米粉體。攪拌60min，使TiO2/玫瑰紅在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚丙烯-(TiO2/玫瑰紅)可見光光催化降解塑料。在自然光照射180小時后，由本發(fā)明的方法制備出的聚丙烯-(TiO2/玫瑰紅)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚丙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高2.1及2.9倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了三分之二，產(chǎn)生的二次污染少。
實施例五TiO2如實施例一。
TiO2/羅丹明B納米粉體光催化劑的制備將0.6g TiO2(制備方法如實施例一)溶于150ml無水乙醇中，60℃恒溫水浴攪拌60min，滴加含有0.036g的羅丹明B乙醇溶液300ml。將得到的溶液離心分離，用去離子水洗5次，烘干，得TiO2/羅丹明B樣品。其中羅丹明B的含量為6.0wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/羅丹明B樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
將4.0g聚乙烯塑料溶于60ml的四氫呋喃中，再加入0.1g TiO2/羅丹明B納米粉體。攪拌60min，使TiO2在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚乙烯-(TiO2/羅丹明B)可見光光催化降解的塑料。在自然光照射150小時后，由本發(fā)明的方法制備出的聚乙烯-(TiO2/羅丹明B)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚乙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高1.8及2.6倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了三分之一，產(chǎn)生的二次污染少。
實施例六TiO2如實施例一。
TiO2/玫瑰紅納米粉體光催化劑的制備將0.4g TiO2(制備方法如實施例一)溶于100ml無水乙醇中，80℃恒溫水浴攪拌45min，滴加含有0.016g的玫瑰紅乙醇溶液220ml。將得到的溶液離心分離，用去離子水洗5次，烘干，得TiO2/玫瑰紅樣品。其中玫瑰紅的含量為4.0wt.％。紫外-可見光譜表明TiO2/玫瑰紅樣品在500-700nm的可見光區(qū)域出現(xiàn)響應(yīng)。
將5.0g聚苯乙烯塑料溶于30ml的四氫呋喃中，再加入0.2g TiO2/玫瑰紅納米粉體。攪拌90min，使TiO2/玫瑰紅在溶液中擴(kuò)散均勻。將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得聚苯乙烯-(TiO2/玫瑰紅)可見光光催化降解塑料。在自然光照射200小時后，由本發(fā)明的方法制備出的聚苯乙烯-(TiO2/玫瑰紅)光催化降解引起的重量和分子量減少值，較由聚苯乙烯-TiO2光催化降解引起的重量和分子量減少值分別提高2.2及2.5倍，降解速率快；生成的揮發(fā)性有機(jī)物的總量減少了三分之二，產(chǎn)生的二次污染少。
權(quán)利要求
1.一種制備可見光光催化降解塑料的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)TiO2/有機(jī)染料納米粉體光催化劑的制備原料采用有機(jī)染料、TiO2納米粉體和無水乙醇，其重量比為有機(jī)染料TiO2納米粉體∶無水乙醇＝1∶12.5～100∶15000～45000，具體步驟為a.將適量TiO2納米粉體溶于無水乙醇中，60～80℃恒溫水浴攪拌30～60min；b.配制一定濃度的有機(jī)染料乙醇溶液，將其滴加到上述步驟a的溶液中，得到的混合液經(jīng)離心分離、洗滌、烘干，得到具有一定顏色的TiO2/有機(jī)染料樣品，其中有機(jī)染料的含量為1～8wt.％；(2)可見光光催化降解塑料的制備以TiO2/有機(jī)染料納米粉體為催化劑，以四氫呋喃為溶劑，將塑料與二者混合，制備可見光光催化降解塑料，具體步驟為a.首先將塑料溶于四氫呋喃中，再加入適量TiO2/有機(jī)染料納米粉體，攪拌30～90min，使TiO2/有機(jī)染料納米粉體在溶液中擴(kuò)散均勻，其重量比為TiO2/有機(jī)染料納米粉體∶塑料∶四氫呋喃＝1∶20～60∶300～800；b.將此溶液均勻地滴加在聚四氟乙烯板上，自然風(fēng)干后揭下，制得可見光光催化降解的塑料。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備可見光光催化降解塑料的方法，其特征在于所述的有機(jī)染料采用酞菁銅、羅丹明B或玫瑰紅中的任一種。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的制備可見光光催化降解塑料的方法，其特征在于所述的塑料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯中的任一種。
全文摘要
一種制備可見光光催化降解塑料的方法，涉及一種利用TiO
文檔編號C08K3/22GK1405214SQ02146780
公開日2003年3月26日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者朱永法, 尚靜 申請人:清華大學(xué)