综述：基于纳米技术的废水微塑料去除方法全面评述

本综述系统探讨了纳米材料在废水微塑料（MPs）去除中的前沿应用，重点介绍了纳米吸附剂、光催化剂（如TiO2、ZnO）和先进膜材料（MOFs、MXenes）的作用机制与性能，并指出其在选择性吸附、催化降解和膜分离方面的显著优势，同时提出绿色合成、AI辅助监测等未来方向以推动实际应用。

　　

引言

塑料污染已成为全球性环境挑战，2015年全球塑料产量超过3亿吨，其中约6000-9900万吨转化为废弃物。微塑料（MPs）指尺寸小于5毫米的塑料颗粒，按来源分为初级（日化品、纺织品）和次级（大块塑料降解）微塑料。常见类型包括聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）。废水处理厂（WWTPs）是微塑料汇集的关键节点，但传统处理技术对纳米级塑料去除效率有限。

来源、路径与检测

微塑料主要来自家庭生活（合成纺织品洗涤、个人护理品）、工业废水（石化、造纸业）和城市污水。研究表明造纸废水微塑料浓度可达10⁶-10⁸颗粒/立方米，医院洗衣废水中高达1.4×10⁶颗粒/升。检测手段包括拉曼光谱、μ-FTIR和热分析技术，但存在信号干扰、样品前处理复杂等局限。人工智能（AI）和机器学习（ML）正被应用于微塑料快速识别与分类，提升检测效率。

健康与生态影响

微塑料可通过摄入、吸入或皮肤接触进入生物体，引发代谢紊乱、氧化应激、免疫激活及生殖毒性。小于5μm的颗粒可穿透肺泡进入循环系统，20μm颗粒可抵达内脏器官。在水生环境中，微塑料作为污染物载体（如多环芳烃PAHs、重金属），通过食物链传递并生物放大，导致海洋生物生长抑制、繁殖障碍及种群衰退。

去除技术现状

常规方法包括物理（沉降、过滤）、化学（混凝、电凝）和生物（微生物降解）处理，但存在效率低、污泥产量大、对小尺寸颗粒无效等问题。高级氧化工艺（AOPs）如光芬顿反应、臭氧氧化可通过产生活性氧（ROS）降解聚合物，但成本高且易产生二次污染。

纳米技术应用

纳米吸附剂：碳纳米管（CNTs）、金属有机框架（MOFs）和层状双氢氧化物（LDHs）凭借高比表面积和可功能化表面，通过疏水作用、静电吸引实现高效吸附。例如ZIF-67对PS去除率达92.1%，磁性sepiolite对多种MPs去除率超98%。

光催化降解：纳米ZnO、TiO₂在紫外/可见光下产生电子-空穴对，生成·OH自由基断裂聚合物链。研究表明ZnO纳米棒使LDPE体积减少65%，Pt/ZnO复合材料降解效率提升13%。

纳米增强膜：MOF改性膜（如MIL-100(Fe)/PSF）通过尺寸排阻和表面亲和性捕获微塑料，去除率超99%；MXene基膜（h-Ti₃C₂T_x）具高水通量（196.7 L·h^?1·m^?2·kPa^?1）和99.3%去除率。微机器人系统（如γ-Fe₂O₃/Pt/TiO₂）可实现自驱动捕获与传感一体化。

挑战与展望

当前瓶颈包括纳米材料规模化生产、环境风险（金属离子浸出）、实际水体适用性及成本效益。未来需聚焦绿色合成（植物提取物制备）、混合系统集成（膜-光催化耦合）、机器学习优化参数，并建立标准化评估框架以推动纳米技术从实验室向工程应用转化。