Ce 掺杂TiO2 固相光催化降解塑料薄膜.doc

Ce掺杂TiO2固相光催化降解塑料薄膜
黄玩群1,张磷2,范艳宁3,侯梅芳3*,万洪富3,黄兴文3
1. 广东省农业环保与农村能源总站, 广东广州510500; 2. 广州市农业环境与植物保护总站, 广东广州 510405;
3. 广东省农业环境综合治理实验室//广东省生态环境与土壤研究所, 广东广州 510650
摘要:采用溶胶凝胶法合成了纯TiO2和掺杂Ce原子比例(Ce/Ti)%的TiO2粉末(%-TiO2)光催化剂,分别制备了纯聚乙烯薄膜、%-TiO2粉末的复合聚乙烯薄膜,并于紫外、可见光照下进行了薄膜光催化降解实验;采用X射线衍射、紫外-可见漫反射分析表征了光催化剂的晶体结构及紫外可见光吸收性能;通过激光扫描共焦显微镜和傅立叶红外光谱对薄膜光催化降解过程进行测试。实验结果表明,添加光催化剂可有效降解聚乙烯薄膜,其中Ce掺杂TiO2的活性明显优于纯TiO2;在紫外光照下的降解效果优于在可见光照下的降解效果,且随着光催化剂投加量的增大,光催化效果越来越好, %(质量分数)%-TiO2时复合薄膜经紫外光照300 h后,光催化降解失重率达到33%(质量分数)。
关键词:光催化降解;二氧化钛;聚乙烯;铈
中图分类号:; 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2008)03-0926-05
聚乙烯( PE)塑料制品用量大,回收难,其废品难于降解,严重威胁生态环境,已引起社会极大关注[1-4]。在研究废旧塑料回收利用技术的同时,可降解塑料作为最可能够解决塑料废弃物问题的途径而成为国内外研究的热点。在众多的可降解塑料中,光催化技术由于可以实现塑料可控降解,具有常温氧化降解能力强、彻底矿化、低能耗、环保的特点而受到广泛的重视[5-7]。
TiO2光催化剂在紫外光的激发下产生电子与空穴,可与吸附在催化剂表面的氧气以及表面羟基或水反应,进而生成具有强氧化能力的活性氧物种,可将吸附在催化剂表面上的有机物彻底氧化成CO2、H2O和无机酸[8]。将二氧化钛作为添加剂的聚合物体系曾经被广泛研究,但TiO2不能有效利用太阳光进行降解,而且弱光或暗态下几乎无降解能力,因此人们尝试各种改性方法以改善TiO2的可见光利用性[9,10],其中稀土铈掺杂是改善TiO2可见光利用性的有效途径之一。据报道,Ce掺杂可提高半导体光催化剂的可见光催化活性[11,12];并有研究表明Ce掺杂原子比例Ce/%时的TiO2的光催化活性最高[13]。
因此,本文为满足不同用途塑料使用寿命的需求,试图开发系列催化剂复配塑料设计以达到随用随消,从而避免其集中后处理的二次污染问题。采用溶胶凝胶法合成了Ce掺杂原子比例Ce/%的TiO2(%-TiO2),%-TiO2的聚乙烯复合薄膜,研究其光催化降解过程。作为对比,也同时研究了纯聚乙烯薄膜和添加纯TiO2的聚乙烯复合薄膜的光催化降解过程。
1 实验
Ce 掺杂TiO2纳米材料的制备
17 ml的钛酸丁酯与40 ml的无水乙醇混匀为溶液A, 置于分液漏斗中;将6 ml的0. 1 mol·L-1的Ce(NO3)3溶液加入到10 ml冰醋酸、40 ml无水乙醇与4 ml