光催化与 Bacillus velezensis 介导掺 TiO₂ LDPE 生物降解及农业资源化利用的可持续协同策略

塑料污染，特别是来自低密度聚乙烯（LDPE）的污染，由于其持久性以及对自然降解的耐受性，已成为一项重大的全球环境挑战。本研究开发了一种结合光催化氧化和微生物生物降解的新型协同策略，以促进 LDPE 的降解。通过环保的溶胶-凝胶法合成了金红石型二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒，并以 5 wt% 的浓度掺入 LDPE 中制备具有光催化活性的复合薄膜。从受塑料污染的土壤中分离出降解塑料的细菌，并通过 16S rRNA 基因测序鉴定为 Bacillus velezensis（NCBI 登录号：PP499256）。LDPE-TiO₂ 复合材料在可见光照射下表现出显著增强的降解性能，在 B. velezensis 存在下 21 天内失重达 85%，而紫外光照射下为 71%，未处理的 LDPE 对照组降解率则明显更低。傅里叶变换红外光谱（FTIR）通过羰基官能团的形成证实了氧化降解，同时气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析鉴定出了包括乙酸、丙酸、十八烷酸和赤藓糖醇在内的降解产物，表明聚合物发生了逐步氧化和微生物代谢。此外，使用小麦、胡芦巴和绿豆进行的植物生长实验表明，该降解产物促进了发芽、根系伸长和叶绿素含量，且无植物毒性。这种综合方法为循环生物经济框架下的塑料废弃物修复和高值化利用提供了一种可持续的策略。