基于光催化原理的完全可降解塑料的研究

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1、基于光催化原理的完全可降解塑料的研究Solid-phasePhotocatalyticDegradationofPolyethylenePlastics(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：化学系学科：分析化学研究生：李宗威指导教师:朱永法教授:二○○五年五月基于光催化原理的完全可降解塑料的研究李宗威关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研

2、究生上交的学位论文；（2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容；（3）根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆报送可以公开的学位论文。本人保证遵守上述规定。（保密的论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要塑料是当今世界最广泛应用的材料之一，由于其自身的难降解性，废弃塑料造成的“白色污染”已经成为世界性的环境难题。然而，目前的处理方法还存在塑料不能完全降解，具有二次污染，成本高等难以克服的缺点。本论文研究的是基

3、于光催化原理的完全可降解塑料。利用纳米薄膜的制备技术，制备了分别添加催化剂TiO2、TiO2/CuPc、TiO2/C60以及油酸表面修饰的TiO2的聚乙烯薄膜。对各种复合薄膜进行光催化降解研究，利用SEM、FT-IR、XPS等技术研究薄膜在光照前后的表面形貌、结构、成分的变化。利用色谱技术定性、定量跟踪测定反应体系中生成的挥发性有机物和最终产物CO2。通过UV-Vis、SPS等分析手段对催化剂的光电性质进行研究，提出了光催化反应机理。结果表明，添加了催化剂的复合薄膜表现出了高度增强的光降解性能，降解速率和降解程度均远远高于纯的聚乙烯

4、薄膜。复合薄膜的光催化降解反应主要产物是CO2和H2O，降解过程是环境友好的。光催化反应起始于聚乙烯与催化剂的界面处，催化剂表面产生的活性氧物种扩散进入聚乙烯骨架内使其降解。影响复合薄膜的光催化降解性能的因素有催化剂的添加量、催化剂分散性能、催化剂光电性质等。PE-(TiO2/CuPc)和PE-(OA/TiO2)复合薄膜的降解性能要优于PE-TiO2复合薄膜，前者是由于提高了催化剂的电子空穴对分离，抑制载流子复合以提高量子效率；后者是由于改善了催化剂的分散性能，催化剂与聚乙烯的有效接触面积增加，从而提高了催化剂的光催化效率。由于C6

5、0的光敏化作用，TiO2/C60催化剂的光响应范围扩展到了可见光区域，因而PE-(TiO2/C60)薄膜具有可见光降解性能。本论文的工作表明添加了适宜催化剂的聚乙烯塑料在自然环境中就表现出很好的降解性能，具有很强的应用前景。关键词：光催化降解聚乙烯TiO2CuPcC60IAbstractAbstractSolid-phasephotocatalyticdegradationofpolyethylene(PE)plasticwithTiO2,TiO2/CuPc,TiO2/C60andOA-modifiedTiO2asphotocata

6、lystwasinvestigatedintheambientair,respectively.Thesurfacemorphologies,structureandcomponentwereinvestigatedbySEM,FT-IRandXPStechniques.GCwasusedtomonitortheVOAandCO2generatedduringthephotodegradation.ThephotoelectricpropertiesofphotocatalystswerestudiedbyUV-visandSPSt

7、oconcludethemechanismofphotocatalyticreaction.Theresultsshowthatthecompositefilmshavehighlyenhancedphotodegradation,whichdecomposemuchfasterandmorecompletedthanpurePEfilm.ThemainproductsofphotocatalyticdegradationofcompositefilmsareCO2andH2O,andtheprocessiseco-friendly

8、.ItisimpliedthatthedegradationinitiallyontheinterfaceofPEandcatalystsandthenextendedintopolymermatrixbythediffusionof