表面羟基富集的BiOCl/TiO2异质结与微波预处理协同促进高密度聚乙烯微塑料光催化降解

为解决微塑料(MPs)固-固界面接触效率低导致的降解难题，研究人员创新性地将表面羟基富集的BiOCl/TiO2异质结光催化剂与微波预处理技术结合，使高密度聚乙烯(HDPE) MPs在温和条件下实现63.13%的降解率，较纯BiOCl和TiO2分别提升2.94和2.5倍。该研究通过异质结促进电荷分离和羟基自由基(·OH)生成，为顽固性聚合物降解提供了新思路。

　　

塑料制品因其轻便耐用已成为现代生活必需品，但由此产生的微塑料(MPs)污染正引发全球环境危机。高密度聚乙烯(HDPE) MPs因分子链高度缠结、C-C键解离能高(347 kJ/mol)及表面疏水性，成为环境中最难降解的MPs类型。传统热解技术需400°C以上高温，能耗巨大。光催化技术虽能利用太阳能，但受限于MPs与催化剂接触效率低、光生载流子复合快等瓶颈。

福州大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过表面羟基富集的BiOCl/TiO₂异质结设计与微波预处理协同策略，实现了HDPE MPs的高效降解。研究采用溶胶-凝胶法制备催化剂，结合SEM/TEM表征材料形貌，通过EPR和淬灭实验验证活性物种，并利用GC-MS解析降解路径。

主要研究结果

1. 材料表征：0.1BiOCl/TiO₂异质结中TiO₂纳米颗粒均匀锚定在BiOCl纳米片上，XPS证实表面羟基含量提升47.6%，BET比表面积达89.7 m²/g。
2. 微波预处理效应：微波使HDPE MPs结晶度降低21.3%，产生表面缺陷并减少分子链缠结，接触角从98°降至76°，显著提升光催化可及性。
3. 降解性能：协同体系20小时降解率达63.13%，·OH产率较对照组提高3.2倍，FTIR显示C-H键(2915 cm^-1)强度下降82%。
4. 机理分析：Type-II异质结使光生电子迁移至TiO₂导带，空穴留在BiOCl价带，电荷分离效率提升；表面羟基通过氢键吸附中间体，并通过h⁺氧化持续生成·OH。

结论与意义
该研究开创性地将物理预处理与催化剂表面工程结合：微波非热效应削弱聚合物化学键，而异质结结构与羟基协同作用突破传统光催化局限。降解产物GC-MS检测到C₈-C₁₆烷烃片段，证实链式氧化反应路径。这一策略为常温常压下处理顽固性塑料污染提供了可规模化应用的解决方案，对实现"双碳"目标下的环境治理具有重要实践价值。