基于回收高密度聚乙烯负载黑-TiO2/Ag纳米颗粒的光催化薄膜制备及其在NOx减排中的应用研究

针对大气污染物NOX治理难题，研究人员通过回收高密度聚乙烯（HDPEr）负载黑-TiO2（B-TiO2）及银掺杂纳米颗粒（B-TiO2-Ag），开发了等离子体辅助浸渍与挤出成型两种光催化薄膜制备技术。研究发现等离子处理显著提升纳米颗粒分散性与表面活性，使NOX去除率最高达40.8%，为建筑材料的可持续开发提供了新思路。

　　

随着城市化进程加速，机动车尾气和工业排放导致的氮氧化物（NO_X）污染已成为全球性环境挑战。传统二氧化钛（TiO₂）光催化剂因仅响应紫外光的局限性，难以高效降解污染物。更棘手的是，纳米颗粒直接使用时易流失，而聚合物载体又面临疏水性与光催化剂相容性差的瓶颈。如何通过材料创新实现NO_X的高效去除，同时兼顾资源循环利用，成为环境材料领域亟待突破的难题。

针对这一系列问题，来自智利的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表了一项创新研究。他们巧妙利用回收高密度聚乙烯（HDPEr）作为载体，结合新型黑-TiO₂（B-TiO₂）和银掺杂纳米颗粒（B-TiO₂-Ag），开发出兼具机械强度和光催化活性的复合薄膜。研究通过等离子体表面改性技术，成功解决了聚合物疏水性与纳米颗粒亲水性之间的界面矛盾，使NO_X去除效率提升至传统TiO₂体系的1.7倍，为建筑材料的"自清洁"功能化提供了可持续解决方案。

关键技术方法包括：1）化学还原法制备B-TiO₂及Ag负载纳米颗粒；2）机械回收HDPE瓶经破碎筛分制备基材；3）挤出成型与等离子辅助浸渍两种纳米颗粒负载工艺对比；4）氩等离子体处理诱导表面极性基团生成；5）标准化NO_X光催化降解测试系统。

【Morphological properties】
透射电镜显示B-TiO₂-Ag平均粒径33.07±11.32 nm，银含量0.863 wt%。X射线光电子能谱证实Ag以Ag⁰和Ag⁺混合价态存在，Ti³⁺缺陷位点增加，这些特征共同拓宽了光响应范围至可见光区。

【Conclusions】
研究证实等离子处理使HDPEr表面接触角从93.3°降至20.6°，通过氢键作用显著提升纳米颗粒附着力。相较于直接挤出法，等离子辅助浸渍技术使B-TiO₂和B-TiO₂-Ag薄膜的NO_X去除率分别达到30.17%和40.80%，这归因于：1）Ti³⁺/氧空位缺陷抑制电子-空穴复合；2）Ag纳米颗粒表面等离子共振效应增强光捕获；3）优化的界面接触保证活性位点暴露。

该研究首次将机械回收HDPE与缺陷工程修饰的B-TiO₂相结合，不仅实现了废弃物资源化利用，更通过等离子体界面调控技术突破了聚合物基光催化材料的设计瓶颈。Dayana Gavilanes等研究者开发的这种"绿色"薄膜，可集成于建筑外墙或交通隔音屏障，为城市大气污染治理提供了兼具经济性和实用性的新材料选择。特别值得注意的是，Ag掺杂带来的混合价态效应和B-TiO₂的本征缺陷协同作用，为设计宽光谱响应光催化剂提供了新思路，其技术路线可延伸至其他挥发性有机污染物治理领域。