CN113245345A - 一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，包括以下步骤：S1、配制铌掺杂二氧化锡量子点溶液；S2、将农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液混合，采用波长为320‑2500nm的光对样品进行照射，获得铌掺杂二氧化锡量子点对农用反光膜的降解效果。本发明建立了一种简单的降解废弃农用反光膜的方法，该方法操作简单、成本低，能对反光膜进行有效地降解。
Description
技术领域
本发明涉及废弃农用反光膜领域，具体涉及一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法。
背景技术
反光膜近几年在农业上应用非常广泛，市面上已经出现多种农用反光膜。在果树种植领域，果农常在地表铺设一层农用反光膜，它可以反射果树下方地面处的太阳光，来改善果树中下部分的光照条件、增强果树的光合作用，从而提高果实品质。对于冬季低温且少日照地区的温室大棚，农用反光膜可明显增加光照时间和强度，提高大棚内的温度，加大温差，起到提高农产品质量和产量的作用。农用反光膜表面一般存在金属铝的镀层，按塑料的材质主要分为聚乙烯膜(PE膜)和聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET膜)两种。由于农用反光膜的需求日益增大，随之而来的就是废弃反光膜的处理问题。
目前常用的农用反光膜清除方式主要有三类：机械回收，焚化后能源回收以及垃圾填埋。机械回收需要较高的人工成本进行分离过程，并且会导致水污染，降低回收过程的可持续性。而焚化和填埋方式易形成粉尘、烟雾和有毒气体，对环境产生较大的负面影响。上述针对反光膜的处理方法都存在较大弊端，因此开发一种高效、方便、无污染、成本低廉的废弃农用反光膜降解方法具有非常重大的现实意义。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种简单、廉价、绿色环保的降解废弃农用反光膜的方法，利用量子点可见光催化材料对农用反光膜进行绿色降解。本发明采用的技术手段如下：
一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，包括以下步骤：
S1、配制铌掺杂二氧化锡量子点溶液；
S2、将农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液混合，采用波长为320-2500nm的光对样品进行照射。
优选地，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的制备方法为：
S10、取二水合氯化亚锡和硫脲混合溶解于去离子水中，在24-27℃下搅拌12-36h，得到水性二氧化锡量子点溶液；
S20、取铌酸铵草酸盐水合物溶解于去离子水中，配置成铌浓度为0.2-0.5mol/L的铌溶液；
S30、将所得二氧化锡量子点溶液和铌溶液混合，在160-180℃下进行水热法处理5-7小时，得到铌掺杂二氧化锡量子点。
优选地，步骤S1中，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的浓度为5×10-6mol/L-5×10-2mol/L。
优选地，步骤S1中，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的浓度为5×10-4mol/L。
优选地，步骤S2中，农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液的质量比为(0.00016-31.4)：1。
优选地，步骤S2中，将农用反光膜粉碎，粉碎后的尺寸小于1mm。
优选地，所述农用反光膜为PE膜或PET膜，且表面镀有铝层。
优选地，步骤S3中，采用波长为320-400nm的光对样品进行照射。
量子点是一种纳米级别的半导体，三个维度的尺寸都在100nm以下。由于纳米颗粒比表面积大，表面相原子数多，造成表面原子的配位不足、不饱和键和悬键增多，给这些表面原子带来很高的活性。当表面原子的价电子吸收经受外界光照，具有足够的能量，价带上的电子有机会跃迁到导带上，形成空穴－电子对。电子在高能级不稳定，会回到低能级并释放能量，表现为电子和空穴分别与吸附在表面的物质发生还原反应和氧化反应，将附近的有机物氧化成小分子二氧化碳和水，实现污染物的消除。铌掺杂二氧化锡量子点具有稳定性好、环境耐受性高、所用原材料易得等特点，而且其不含有毒有害的元素，与自然环境具有良好的兼容性，在处理废弃农用反光膜领域具有独特优势。本发明主要是利用铌掺杂二氧化锡量子点作为光催化剂材料对废弃农用反光膜进行绿色无污染降解。
与现有技术比较，本发明所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法的有益效果为：本发明针对现有废弃农用反光膜处理方式均会对环境造成不利影响，而可降解薄膜价格较高、推广度不高的现状，提供了一种利用铌掺杂二氧化锡光催化量子点降解农用反光膜的方法，本方法操作过程简单、无需复杂的预处理、可行性强、化学稳定性好、降解效率高，且所用试剂成本较低、无毒性，能够有效地绿色降解废弃农用反光膜，利于环保，催化降解6h时，总降解量可达29％。
附图说明
图1是不同浓度的Nb-SnO2量子点在模拟太阳光下照射3h对农用反光膜的降解率；
图2是Nb-SnO2量子点在紫外光、可见光照射下对聚乙烯膜的降解率；
图3是5×10-4mol/L浓度的Nb-SnO2量子点在模拟太阳光下照射6h对PE膜的降解率。
具体实施方式
一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，包括以下步骤：
S1、配制铌掺杂二氧化锡量子点溶液；
S2、将农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液混合，采用波长为320-2500nm的光对样品进行照射。
所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的制备方法为：
S10、取二水合氯化亚锡和硫脲混合溶解于去离子水中，在24-27℃下搅拌12-36h，得到水性二氧化锡量子点溶液；
S20、取铌酸铵草酸盐水合物溶解于去离子水中，配置成铌浓度为0.2-0.5mol/L的铌溶液；
S30、将所得二氧化锡量子点溶液和铌溶液混合，在160-180℃下进行水热法处理5-7小时，得到铌掺杂二氧化锡量子点。
优选地，步骤S1中，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的浓度为5×10-6mol/L-5×10-2mol/L。步骤S2中，将农用反光膜粉碎，粉碎后的尺寸小于1mm，便于加快反应。所述农用反光膜为PE膜或PET膜，且表面镀有铝层。步骤S3中，采用波长为320-400nm的紫外光对样品进行照射。
具体实施例
一种用铌掺杂二氧化锡光催化量子点降解废弃农用反光膜的方法，包括以下步骤：
(1)配制不同浓度(5×10-6mol/L、5×10-5mol/L、5×10-4mol/L、5×10-3mol/L、5×10-2mol/L)的铌掺杂二氧化锡(Nb/SnO2)量子点溶液。
(2)将农用反光膜粉碎成尺寸小于1mm的碎片，便于加快反应。
(3)称取100mg农用反光膜，将其分别与200毫升不同浓度的Nb/SnO2量子点溶液混合，置于高硼硅玻璃结晶皿(也可以换用其他材质容器，只要是无色透明，透光度好，不影响光源照射即可)中。
(4)采用高压氙灯(型号为CEL-HXF300-(T3)，发射波长为320-2500nm，图2、图3中的电源功率通过电压和电流控制)对样品进行照射，照射时间为1、2、3、4、6h，获得Nb/SnO2量子点溶液对农用反光膜的降解效果。
本发明所降解的为PE材质的银黑双色反光膜，所得数据来源于降解厚度为0.012mm的PE膜。
如图1所示，分别用5×10-6mol/L、5×10-5mol/L、5×10-4mol/L、5×10-3mol/L、5×10-2mol/L浓度的Nb/SnO2量子点溶液进行试验，在高压氙灯下进行全光谱的照射来模拟太阳光照射，照射3h后，均能对PE膜进行一定程度的降解，尤其当Nb/SnO2量子点溶液在5×10-4mol/L浓度左右时，对农用反光膜的降解效果最佳。
图2是Nb-SnO2量子点在365nm的紫外光、波长为400-800nm的全波段可见光照射下对聚乙烯膜的降解率，可见相较于可见光照射而言，在紫外光照射下，Nb/SnO2量子点对反光膜的降解率更高。
图3是5×10-4mol/L浓度的Nb-SnO2量子点在模拟太阳光下(保持320-2500nm的波长段)照射6h对PE膜的降解率，可见Nb/SnO2量子点对反光膜的降解率随时间延长而逐渐提高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、配制铌掺杂二氧化锡量子点溶液；
S2、将农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液混合，采用波长为320-2500nm的光对样品进行照射。
2.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的制备方法为：
S10、取二水合氯化亚锡和硫脲混合溶解于去离子水中，在24-27℃下搅拌12-36h，得到水性二氧化锡量子点溶液；
S20、取铌酸铵草酸盐水合物溶解于去离子水中，配置成铌浓度为0.2-0.5mol/L的铌溶液；
S30、将所得二氧化锡量子点溶液和铌溶液混合，在160-180℃下进行水热法处理5-7小时，得到铌掺杂二氧化锡量子点。
3.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：步骤S1中，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的浓度为5×10-6mol/L-5×10-2mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：步骤S1中，所述铌掺杂二氧化锡量子点溶液的浓度为5×10-4mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：步骤S2中，农用反光膜与铌掺杂二氧化锡量子点溶液的质量比为(0.00016-31.4)：1。
6.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：步骤S2中，将农用反光膜粉碎，粉碎后的尺寸小于1mm。
7.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：所述农用反光膜为PE膜或PET膜，且表面镀有铝层。
8.根据权利要求1所述的一种利用量子点光催化材料降解农用反光膜的方法，其特征在于：步骤S3中，采用波长为320-400nm的光对样品进行照射。
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