聚乙烯氧化生物降解技术助力农用薄膜回收

中国广州华南农业大学研究人员研究了一种有效、环保和可降解的聚烯烃材料帮助解决农用聚烯烃难于回收问题。

聚烯烃广泛用于农业应用(例如，用于温室，覆盖或隧道膜)。事实上，据报道，80%的塑料覆盖物由聚烯烃(例如聚乙烯)制成。虽然这种材料可以促进良好的收获，但大多数聚烯烃塑料地膜的处理是有问题的。

研究人员使用PMMA表面改性TiO2纳米粒子作为添加剂，以促进聚乙烯的降解。他们发现，由LDPE制成的复合膜和这些改性纳米粒子在紫外线照射后比纯LDPE样品显示出更大的重量损失。此外，他们观察到他们的辐射复合材料样品的活力真菌生长，这可能导，致膜的进一步的生物降解。

以前已经证明聚乙烯的氧化生物降解(例如非生物和生物降解)是解决这种塑料污染问题的有希望的途径。在该方法中，将促氧化剂添加剂(例如二氧化钛，TiO2，纳米颗粒)引入聚乙烯基质中以加速非生物降解的速率。前氧化剂在UV照射下与水和氧反应形成羟基，然后可以引发聚乙烯的降解。结果，较小的亲水性分子片段可以在微生物(例如细菌，真菌和藻类)的存在下进一步生物降解。然而，整个过程通常非常缓慢，并且受到纳米颗粒附聚物的形成的限制。

UV照射后的低密度聚乙烯(LDPE)膜(a)和(b)的SEM图像415小时。还显示包含(c)二氧化钛(TiO2)纳米颗粒和(d)聚(甲基丙烯酸甲酯)改性的TiO2纳米颗粒的照射的LDPE复合膜的图像(©SPEPRO，10.2417/spepro.006909)

研究人员已经研究了使用聚(甲基丙烯酸甲酯)，PMMA作为TiO2纳米颗粒表面的移植物来加速极性乙烯光氧化过程。这种亲水涂层促进水吸附，因此更多的水可用于光氧化。此外，研究人员意外地发现，这种TiO2纳米颗粒的亲水性改性改善了它们在聚乙烯基质内的分散性和相容性(从而进一步增强了光催化氧化)。

对于实验，使用纯低密度聚乙烯(LDPE)的样品，以及含有TiO2纳米颗粒(TiO2/LDPE)或PMMA改性的TiO2纳米颗粒(TiO2-g-PMMA/LDPE)的LDPE复合材料。研究人员在UV灯箱中在环境空气下对膜进行光催化氧化。从扫描电子显微镜(SEM)图像可以观察到几种形态特征，表明TiO2-g-PMMA/LDPE样品的氧化程度远高于纯LDPE和TiO2/LDPE薄膜(经过415小时的UV照射)。特别是研究人员发现，纯LDPE薄膜的表面通过照射非常平滑和不变。相比之下，复合膜的结构基本上被照射过程所破坏。