可光催化降解的纳米复合聚乙烯农膜研究

摘要

本文以纳米TiO<,2>、聚乙烯树脂(PE)为主要原料制备了可发生光催化降解反应的纳米TiO<,2>/聚乙烯复合薄膜，研究了该复合薄膜的光催化降解性能。通过SEM、GPC、FT-IR、XRD、力学性能测试、数码显微镜测试等科学的测试方法和手段对复合薄膜的各项性能变化进行了系统的表征分析。 复合薄膜的制备采用三步法：首先对纳米TiO<,2>进行表面改性处理；然后将表面改性后的纳米TiO<,2>光催化剂与PE树脂熔融混炼，制备出纳米TiO<,2>/PE母料；最后纳米TiO<,2>/PE母料经压延成膜，制备出可光催化降解的纳米TiO<,2>/PE复合薄膜。该工艺流程制备的复合薄膜符合国家农膜标准。通过对纳米粒子的表面有机改性，实现了纳米光催化剂与聚乙烯树脂的有效复合，纳米TiO<,2>(≤0.5wt％)在复合薄膜中分散均匀。 研究发现，以硬脂酸钠改性的锐钛矿型纳米TiO<,2>为光催化剂的复合薄膜在紫外光照射下可以发生有效降解。复合薄膜的光催化降解性能与光催化剂在薄膜中的分散程度和含量密切相关。在同等条件下，以光催化剂含量为0.5wt％的复合薄膜降解程度最高，综合性能最好。 本研究成功的将染料敏化应用于可光催化降解的聚乙烯复合薄膜研究，利用染料敏化对纳米光催化剂进行改性，提高了光催化条件下聚乙烯复合薄膜的降解性能。 研究发现，染料敏化对实现纳米TiO<,2>的光响应红移、促进复合薄膜的光催化降解作用明显。在表面有机改性基础上，对纳米TiO<,2>光催化剂再进行染料敏化处理，可以进一步提高在紫外光或太阳光照射下复合薄膜的光催化降解效果。在本实验条件下，光敏剂酸性蓝BGA的敏化效果最好。经紫外光照射5天后：含酸性蓝BGA敏化光催化剂的复合薄膜分子量降低72.9％，质量损失17.6％，拉伸强度降低50.7％，断裂伸长率降低95.7％，结晶度提高51.9％；以硬脂酸钠改性的纳米TiO<,2>为光催化剂的复合薄膜分子量降低60.1％，质量损失10.1％，拉伸强度降低38.1％，断裂伸长率降低94.1％，结晶度提高34.2％；纯的PE薄膜分子量降低52.3％，质量损失1.6％，拉伸强度降低13.5％，断裂伸长率降低81.8％，结晶度提高16.7％。经太阳光照射48天后：含酸性蓝BGA敏化光催化剂的复合薄膜分子量降低62.8％，质量损失12.4％，拉伸强度降低37.4％，断裂伸长率降低91.7％，结晶度提高39.4％；以硬脂酸钠改性的纳米TiO<,2>为光催化剂的复合薄膜分子量降低51.4％，质量损失9.5％，拉伸强度降低18.2％，断裂伸长率降低89.7％，结晶度提高22.5％；纯的PE薄膜分子量降低45.0％，质量损失0.2％，拉伸强度降低11.4％，断裂伸长率降低67.8％，结晶度提高11.4％。光敏剂酸性蓝BGA敏化后的光催化剂明显的提高了复合薄膜的光催化降解效果。研究还发现，复合薄膜的力学性能与纳米。YiO<,2>在复合薄膜中的含量及分散程度密切相关。在光催化剂含量0～0.9wt％范围内，复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率呈现出先增大后减小的规律变化，存在一最佳含量。不同表面改性的光催化剂对应的最佳含量略有不同。低含量的光敏剂对光催化剂的表面性质影响很小，对光催化剂在复合薄膜中的分散及复合薄膜的力学性能、结晶度的影响可以忽略。 在光催化过程中，随着复合薄膜降解程度的加深，复合薄膜的物理性质发生显著变化，主要包括：拉伸强度和断裂伸长率显著降低、结晶度明显升高、羰基含量增加等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1降解塑料概述

1.2光催化概述

1.2.1光催化作用简介

1.2.2光催化技术特征

1.2.3光催化材料纳米化的理论基础

1.2.4提高纳米粒子光响应范围的方法

1.3纳米材料与纳米复合材料概述

1.3.1纳米材料的制备方法

1.3.2纳米粒子的表面有机改性

1.3.3纳米复合材料的性质及制备方法

1.4国内外关于纳米TiO2光催化降解塑料的研究现状

1.5课题的提出

1.6论文的主要研究内容

1.6.1研究的目的

1.6.2研究的意义

1.6.3主要研究内容

1.6.4主要创新点

第二章 紫外光光催化可降解的聚乙烯复合薄膜研究

2.1实验方法

2.1.1原料与仪器

2.1.2实验流程

2.1.3光催化剂的表面有机改性

2.1.4纳米TiO2/PE复合薄膜的制备

2.1.5光催化实验方法

2.1.6性能表征方法

2.2结果与讨论

2.2.1复合薄膜的断面形貌及力学性能

2.2.2光催化降解实验

2.3结论

第三章 太阳光光催化可降解的聚乙烯复合薄膜研究

3.1实验方法

3.1.1实验原料

3.1.2敏化光催化剂的制备

3.1.3纳米TiO2/PE复合薄膜的制备

3.1.4光催化实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1照射前后不同薄膜的表面形貌对比

3.2.2照射前后不同薄膜的质量变化对比

3.2.3照射过程中的红外谱图分析

3.2.4照射前后不同薄膜的力学性能变化对比

3.2.5照射前后不同薄膜的结晶度变化对比

3.2.6含酸性蓝BGA敏化光催化剂的复合薄膜的断面形貌

3.2.7照射对薄膜分子量的影响

3.2.8机理分析

3.3结论

第四章全文总结与展望

4.1全文总结

4.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢