Photocatalytic immobilization of P-25 nanoparticles on low density polyethylene films. UV-A photo-induced hydrophilicity and photocatalytic activity

Abstract

Películas de polietileno de baja densidad comercial fueron funcionalizadas a través de un proceso fotocatalítico simple utilizando nanopartículas comerciales de TiO2 (P-25). El TiO2 bajo irradiación UV-A generó radicales hidroxilo fuertemente oxidantes capaces de producir especies -C=O y -COOH en la superficie del polímero. Además, se realizó un estudio sistemático para encontrar la condiciones optimas de inmovilización teniendo en cuenta variables como tiempo de irradiación, pH y concentración de TiO2 utilizando un diseño experimental de composición central 23 en tres bloques. Las condiciones optimas encontradas fueron pH circumneutro (pH 5.0), tiempo de irradiación 5 h y una concentración de nanopartículas de P-25 de 0.4 g L-1 (LDPE-P25-5). Esto fue confirmado a través de análisis de microscopia electrónica de barrido (MEB). Las películas LDPE-P25-5 exhibieron la mayor actividad fotocatalítica removiendo el colorante verde de malaquita en interfases sólido-líquido mientras que estos mismos materiales presentaron una interesante capacidad superhidrofílica fotoinducida, ya que bajo irradiación UV-A, el ángulo de contacto decreció desde 118 a 7 ° en 60 min. Estos resultados sugieren que un simple procedimiento fotocatalítico podría permitir la preparación de materiales poliméricos conteniendo nanopartículas de TiO2 con importantes actividades como superficies autolimpiantes o antimicrobianas fotoinducidas.

Immobilization of TiO2-P-25 nanoparticles onto low density polyethylene films (LDPE) was successfully achieved through a simple photocatalytic procedure leading to the functionalization of polymer surface by photo-induced •OH radicals forming -C=O and -COOH species. A systematic study to find the optimal conditions of irradiation time, pH and P25 amounts was performed by using a response surface methodology (RSM) of type central composite experimental design (DCC) - 23 in 3 blocks. It was found that circumneutral pH (5.0), low amounts of P-25 nanoparticles (0.4 g L-1) and irradiation times of 5h (LDPE-P25-5 films) may be the best immobilization conditions. This was confirmed by SEM-EDS micrographs. LDPE-P25-5 films exhibited the best photocatalytic activity removing malachite green from water and it was also observed an interesting UV-A photo-induced hydrophilicity since angle contact dropped from 118 to 7° after 60 min of irradiation. These findings suggest that this simple photocatalytic procedure may allow the preparation of TiO2-polymeric films with interesting properties to be applied as photoinduced self-cleaning and antimicrobial surfaces.