光催化在塑料降解领域的应用与机理研究

【作者】 陈超；

【机构】 华东师范大学；

【摘要】 光催化剂可以作为功能填料与传统不可降解塑料复合,将传统不可降解塑料转化为可光降解塑料,有望缓解塑料污染。但是由于光催化剂遇光照即产生光生活性物质,导致现有的可光降解塑料没有稳定期,无法满足使用需求。同时无法通过颜色变化自指示塑料是处于稳定期还是降解期,限制了可光降解塑料的应用。本团队提出设计具有可视化稳定期的光催化剂,将该光催化剂填加入塑料中,制备具有可视化稳定期的可光降解塑料。利用直链淀粉、多碘离子、羟乙基纤维素对Ti O₂进行表面改性,构建T@AIH新型光催化剂^[1]。在稳定期时,该光催化剂为蓝色,在降解期时该光催化剂为白色。表征了T@AIH的结构及物理化学性质随稳定期及降解期的变化。结果表明直链淀粉/多碘离子络合物对光催化剂的稳定期与自变色功能具有重要贡献,羟乙基纤维素控制颜色变化与活性开启同时发生,强化T@AIH稳定期的可视化功能。将T@AIH与低密度聚乙烯（LDPE）混合制备可光降解塑料,在T@AIH与LDPE质量比为0.02:1时,所制备的可光降解塑料的稳定期为32h,颜色由蓝转白的时间点也为32h,该32h对应在20℃环境中的30天。可以通过控制T@AIH在LDPE中的比例对可光降解塑料的稳定期进行调节。为了进一步研究环境条件对可光降解塑料降解的影响机制,以含有TiO₂的LDPE为（LDPE-TiO₂）代表性可光降解塑料,分析测试LDPE-TiO₂在空气、纯水、含NaCl水环境中的降解行为^[2]。结果表明,在光照时间相同情况下,空气中的LDPE-TiO₂具有最高减重率,在水体环境中,NaCl不影响LDPE-TiO₂的减重率。在减重率相同情况下（68±2%）,处于空气环境中和纯水环境中的LDPE-TiO₂碎片具有明显的交联现象。在含有NaCl的水体中,LDPE-TiO₂碎片中链断裂反应为主要反应。在空气环境中e^-,h⁺,O₂·^-,和HO·均为降解塑料的活性物质,在纯水环境中,e^-不是主要活性物质,在NaCl存在情况下,HO·首先与Cl^-反应生成Cl·,再降解塑料,形成C-Cl键,为塑料碎片引入氯元素。该研究为促进可光降解塑料的发展提供了理论基础,新思路与新方法。更多还原