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本文综述了光降解塑料的基本概况和研究进展,重点研究了纳米二氧化钛-聚苯乙烯和磷酸铋-聚苯乙烯复合薄膜的制备及固相光催化降解。本文的主要研究内容有三个部分:
用纳米二氧化钛和硬脂酸铁作为复合催化剂,将其包埋入商业的聚苯乙烯中,通过流延成膜法制备出了TiO2-Fe(St)3-PS复合薄膜。在紫外灯照射下对TiO2-Fe(St)3-PS复合薄膜、TiO2-PS复合薄膜以及PS纯膜进行光降解实验,通过失重率、SEM、FT-IR、GPC、元素分析等手段对其光降解的结果进行表征。
结果表明:微量的硬脂酸铁的添加能够有效地改善纳米二氧化钛在聚苯乙烯中的分散性,从而提高聚苯乙烯复合薄膜的光催化降解效率。在紫外光照射480h后,TiO2-Fe(St)3-PS复合薄膜的重均分子量降低了63.8%,数均分子量降低了74.49%,而TiO2-PS薄膜的重均分子量降低了35.78%,数均分子量降低了63.4%,纯的PS薄膜的重均分子量只降低了6.15%,数均分子量只降低了26.5%。光催化氧化过程导致了聚合物长链的断裂,有利于降解残余物进一步被生物降解。
磷酸铋是一种新型的催化活性较高的光催化剂,用水热法合成磷酸铋,并探究了合成磷酸铋的最优化条件,结果表明,在T=180℃,pH=1.3,t=72h时合成的磷酸铋的光催化活性最高。将最优化条件下合成的磷酸铋粉体用包埋法分散到商业聚苯乙烯中制备出了BiPO4-PS复合薄膜,室温下在紫外灯照射下进行光降解实验,对比了复合薄膜和纯的PS薄膜的光降解情况。通过失重率、SEM、FT-IR、UV-Vis、GPC、元素分析等手段对其光降解的结果进行表征。结果表明:在紫外灯照射336h时,PS薄膜的失重率为17.13%。而对于BiPO4-PS复合薄膜来说,在同样的条件下,其失重率达到了29.63%,几乎是纯膜失重率的两倍。
另外,纳米二氧化钛塑料的固相光催化降解机理也是近年来的一个研究热点,本文探究了氧气和水对TiO2-PE复合薄膜的固相光降解的影响。结果表明:在无水无氧的条件下,复合薄膜不降解,在有水无氧的条件下,复合薄膜也不降解.在有氧无水的条件下,复合薄膜降解120h后即不再发生降解,在氧气和水同时存在的条件下,复合薄膜一直降解,且在前120h的降解效率一直高于只有氧气存在时的降解效率。因此推断出,聚合物表面吸附的水蒸气和氧气是纳米TiO2-PE薄膜光催化降解的必须条件。
本文介绍了一种改善纳米TiO2在聚苯乙烯中分散性的新方法,发现了一种新的光降解塑料BiPO4-PS,并探究了纳米二氧化钛塑料的光催化降解机理,有利于推动光降解塑料的发展及工业化,为解决“白色污染”问题提供了可供选择的思路。