專利名稱：一種提高乙酸纖維素光催化和生物降解性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高乙酸纖維素光催化和生物降解性能的方法。
背景技術(shù)：
乙酸纖維素又叫醋酸纖維素或纖維素乙酸酯，是纖維素葡萄糖環(huán)中的醇羥基 (-0H)被乙酸酐中的乙?；?-COCH3)取代生成的纖維素酯化物。乙酸纖維素易著色，易加工拋光，不易燃燒，耐光性好，具有良好的成膜性與成纖性，與增塑劑有較好的兼容性。隨著酯化度不同，乙酸纖維素具有廣泛的用途，可用作感光材料的支持體，如電影膠片片基、照相膠卷片基、X光片片基，還可以用作紡織纖維、香煙過濾材料、清漆及電絕緣薄膜等。在乙酸纖維素產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展和應(yīng)用的同時(shí)，乙酸纖維素的廢棄物每年也會大量產(chǎn)生，但由于纖維素分子鏈上的羥基被乙?；?，乙酸纖維素的性質(zhì)穩(wěn)定，很難自然分解。根據(jù)條件的不同，取代度DS ^ 2的乙酸纖維素降解要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間。據(jù)調(diào)查顯示，目前全球醋酸纖維總產(chǎn)量約為80萬噸，煙用絲束約60萬噸，城市街道難以自然降解的垃圾中，差不多有三成是香煙過濾嘴棒。傳統(tǒng)的固體廢棄物處理技術(shù)主要包括填埋、焚燒和回收利用等，然而這些技術(shù)存在二次污染、工藝技術(shù)不成熟或難度大以及經(jīng)濟(jì)效益低等缺點(diǎn)。研究如何使乙酸纖維素在滿足人們需求的同時(shí)其廢棄物不對自然環(huán)境和生態(tài)造成影響，是一個(gè)極具現(xiàn)實(shí)意義的問題。自1972年Fujishima和Honcla發(fā)現(xiàn)二氧化鈦(TiO2)單晶電極在紫外光照射下可分解水及Bard將光電化學(xué)理論擴(kuò)展到半導(dǎo)體微粒光催化后，利用半導(dǎo)體光催化降解和消除有害污染物作為一種環(huán)境友好的環(huán)保新技術(shù)，吸引了諸多學(xué)者的研究。半導(dǎo)體材料T^2 是理想的光催化劑，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒價(jià)廉、催化活性高、抗磨損性好及直接利用自然光等特點(diǎn)。借助TiO2的催化作用，有機(jī)物可以在紫外光的照射下降解。Allen等在研究 PEAiO2復(fù)合膜的熱氧化行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，納米級TiO2可以誘導(dǎo)聚合物的氧化而形成過氧化氫和羰基基團(tuán)，加速降解反應(yīng)的進(jìn)行；利用原位聚合法合成PET/TiA復(fù)合材料的紫外光降解實(shí)驗(yàn)也表明，在紫外光降解過程中，TiO2含量越大，復(fù)合材料表面受到的損傷越嚴(yán)重，同時(shí)質(zhì)量損失相應(yīng)增加。Ishigaki T等人的研究表明，紫外照射可以降低乙酸纖維素的重均分子量，低聚物在溶液中的脫落和溶解增加了底物和酶的作用面積，從而提高乙酸纖維素膜的溶解性和生物降解性。但紫外照射時(shí)間需長達(dá)30天才有效果，照射1 7天對乙酸纖維素的生物降解性能幾乎沒有影響。本發(fā)明將光催化劑摻入到乙酸纖維素中制備出環(huán)境友好的可降解乙酸纖維素，利用TW2的光催化活性提高乙酸纖維素光可降解性能，再聯(lián)合生物酶降解乙酸纖維素，最終生成對環(huán)境安全無害的C02、H2O及可生物降解的低分子量聚合物，從而解決乙酸纖維素廢棄物造成的環(huán)境污染問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種提高乙酸纖維素光催化降解及生物降解性能的方法，該方法將光催化劑TiO2添加到乙酸纖維素中，提高紫外光對乙酸纖維素的降解作用，同時(shí)結(jié)合酯鍵水解酶和纖維素酶對乙酸纖維素進(jìn)行降解，具有成本低，耗能少，對環(huán)境友好，簡單有效的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種提高乙酸纖維素光催化及生物降解性能的方法，其特征在于向乙酸纖維素中混入光催化劑TiO2，提高乙酸纖維素的光催化降解活性，加速紫外光對乙酸纖維素的氧化；以紫外光照射作為預(yù)處理，采用生物法對乙酸纖維素進(jìn)行降解，具體步驟包括(1)將乙酸纖維素溶于DMF/丙酮混合溶劑中，DMF 丙酮=(0.5 20) 1，攪拌，靜置脫泡。向乙酸纖維素溶液中加入一定量的TiO2粉末，TiA 乙酸纖維素=0.1 IOwt %，將燒杯置于超聲波振蕩儀中，在20 IOOkHz功率下分散處理5 20min，使TW2粒子均勻分散在溶液中。處理完畢后，將制膜液倒在夾有塑料邊框的平板玻璃上，形成具有一定厚度的制膜液層，置于通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)溶劑一段時(shí)間，使制膜液分相凝膠。在緩慢自來水沖洗下揭膜，將膜浸入去離子水中浸泡Mh以上，以徹底交換出溶劑，然后用去離子水洗凈。(2)將制得的TiO2-乙酸纖維素膜進(jìn)行紫外光照射處理，溫度10 60°C，輻射能量 0. 05 50W/m2。(3)采用酯鍵水解酶、纖維素酶對紫外照射后的TiO2-乙酸纖維素進(jìn)行降解，反應(yīng)條件為pH 4 8，并通過控溫裝置調(diào)節(jié)溫度為30 60°C。


圖1.為實(shí)施例1制得TiO2-乙酸纖維膜紫外輻照前(左側(cè))、輻照后(右側(cè))掃描電鏡照片
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1準(zhǔn)確稱量取代度2. 4的乙酸纖維素0. 5g，溶于20mL DMF/丙酮混合溶劑(DMF 丙酮=7 4)中，攪拌，靜置脫泡lOmin，加入0.02g的TiO2粉末，將混合溶液置于超聲波震蕩儀中，60kHz震蕩分散處理lOmin，使TW2粒子均勻分散。處理完畢立即將制膜液倒在夾有塑料邊框的平板玻璃上，形成具有一定厚度的制膜液層，置于通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)溶劑一段時(shí)間， 使制膜液分相凝膠。在緩慢自來水沖洗下揭膜，將膜浸入去離子水中浸泡Mh以上，以徹底交換出溶劑，然后用去離子水洗凈，充分干燥，將薄膜放入QUV紫外光加速老化試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行光催化降解，輻照溫度50°C，輻射能量0. 68ff/m2,時(shí)間48h。利用掃描電鏡觀察降解前后的乙酸纖維素膜可以看到，降解前的薄膜表面沒有縫隙或裂痕，而降解后的乙酸纖維素膜表面產(chǎn)生了很明顯的縫隙以及較大尺寸的裂痕，且降解后原來被乙酸纖維素包覆的TW2顆粒暴露出來，說明乙酸纖維素膜發(fā)生了一定程度的降解，使膜的表面發(fā)生了較為明顯的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化。實(shí)施例2準(zhǔn)確稱量取代度2. 4的乙酸纖維素0. 5g，溶于20mL DMF/丙酮混合溶劑(DMF 丙酮=4 1)中，攪拌，靜置脫泡lOmin，加入0. Olg的TiO2粉末，將混合溶液置于超聲波震蕩儀中，60kHz震蕩分散處理lOmin，使TW2粒子均勻分散。處理完畢立即將制膜液倒在夾有塑料邊框的平板玻璃上，形成具有一定厚度的制膜液層，置于通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)溶劑一段時(shí)間， 使制膜液分相凝膠。在緩慢自來水沖洗下揭膜，將膜浸入去離子水中浸泡Mh以上，以徹底交換出溶劑，然后用去離子水洗凈。對比例乙酸纖維素膜制膜方法同上，脫泡后不加入TiA即將混合溶液置于超聲波震蕩儀中處理。對比例和TiO2-乙酸纖維素膜充分干燥并分別記錄質(zhì)量IV然后采用生物酶法對其進(jìn)行降解，角質(zhì)酶用量lU/mL，中性纖維素酶20U/mL，pH 7，溫度50°C，恒溫震蕩反應(yīng)7天， 終止反應(yīng)，取出乙酸纖維素膜并洗滌、干燥，記錄質(zhì)量m。按下式分別計(jì)算對比例和TiO2-乙酸纖維素膜降解的失重率ω。
權(quán)利要求
1.一種提高乙酸纖維素光催化和生物降解性能的方法，其特征在于向乙酸纖維素中混入光催化劑TiO2,提高乙酸纖維素的光催化降解活性；以光氧化作為預(yù)處理，采用生物法對乙酸纖維素進(jìn)行降解，構(gòu)建乙酸纖維素的紫外-生物聯(lián)合降解法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體步驟包括(1)將乙酸纖維素溶于DMF/丙酮混合溶劑中，DMF丙酮=(0.5 20) 1，攪拌，靜置脫泡。向乙酸纖維素溶液中加入一定量的TiO2粉末，TW2 乙酸纖維素=0. 1 10wt%， 將燒杯置于超聲波振蕩儀中，在20 IOOkHz功率下分散處理5 20min，使TW2粒子均勻分散在溶液中；將混合溶液均勻涂在制膜板上，置于通風(fēng)櫥內(nèi)風(fēng)干后揭膜，將膜浸入去離子水中浸泡Mh以上，以徹底交換出溶劑，晾干。(2)將制得的TiO2-乙酸纖維素膜進(jìn)行紫外光照射處理，溫度10 60°C，輻射能量 0. 05 50W/m2。(3)采用酯鍵水解酶、纖維素酶對紫外照射后的TiO2-乙酸纖維素進(jìn)行降解，反應(yīng)條件為pH 4 8，并通過控溫裝置調(diào)節(jié)溫度為30 60°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于乙酸纖維素的取代度為1.5-2. 8，乙酸纖維素的形態(tài)可以是膜，也可以是纖維、塑料、膠片等形態(tài)以及乙酸纖維素含量大于60%的樹脂共混物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于采用的光催化劑中銳鈦型納米TW2占納米 TiO2總量的70% 100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于使用20 IOOkHz超聲波對制膜液進(jìn)行分散處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所用的酯鍵水解酶可以是脂肪酶、角質(zhì)酶、 酯酶，酶添加量為0. 01 10U/mL。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高乙酸纖維素光催化和生物降解性能的方法將乙酸纖維素溶于DMF/丙酮混合溶劑中，加入光催化劑二氧化鈦(TiO2)，在超聲波震蕩儀中分散處理，使TiO2粒子均勻分散在溶液中，并制膜；將制備的TiO2-乙酸纖維素膜暴露于紫外光下照射一定時(shí)間，再使用酯鍵水解酶和糖苷酶協(xié)同對TiO2-乙酸纖維素進(jìn)行生物降解。本發(fā)明利用TiO2的催化作用提高紫外光對乙酸纖維素的降解效果，從而提高乙酸纖維素的生物降解性能，具有制作工藝見簡單，成本低，降解效率明顯提高的特點(diǎn)，能有效降低廢棄乙酸纖維素對環(huán)境造成的危害。
文檔編號C08K3/22GK102505030SQ20111032254
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者曹建華, 王平, 王強(qiáng), 范雪榮, 袁久剛, 郁魏魏, 陳昀 申請人:南通醋酸纖維有限公司, 江南大學(xué)