综述：应对农业（微）塑料污染：基于框架的光催化技术的潜力与前景

《CHINESE JOURNAL OF STRUCTURAL CHEMISTRY》：Addressing agricultural (micro)plastics pollution: the promises and perspectives of framework-based photocatalysis

微塑料污染严重威胁农业生态系统安全，光催化降解技术（尤其是MOFs/COFs/ZIFs等框架材料）成为高效治理手段。本文系统评述传统与新兴技术，揭示框架光催化剂的结构优势与降解机理，提出技术优化方向。

　　塑料材料因其良好的柔韧性、稳定性和经济性，在现代生活中变得不可或缺。然而，其广泛使用也带来了全球性的环境和健康危机。尤其是在农业生态系统中，塑料制品通过大气沉降、灌溉水、土壤污染以及塑料地膜降解等途径渗透，对蔬菜的质量和安全性构成重大威胁。传统的塑料处理方法，如焚烧和填埋，不仅能耗高，而且对生态环境造成伤害，因此亟需开发和应用创新的塑料去除技术。本文综述了具有代表性的先进（微）塑料去除技术，特别关注了以光催化为基础的框架材料，作为一种有前景的绿色方法用于处理（微）塑料。首先，我们分析和比较了传统方法，然后探讨了新兴的去除技术。接下来，我们详细阐述了塑料产品光催化降解的原理，讨论了影响关键因素，并对各类光催化剂进行了分类。此外，我们指出了传统光催化剂如二氧化钛（TiO?）和氧化锌（ZnO）的局限性，并强调了框架材料（如金属有机框架材料（MOFs）、共价有机框架材料（COFs）、沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs））在光催化降解中的优势，包括其结构可调性和发展潜力。最后，基于当前框架光催化剂的研究进展和应用，我们识别了现存的限制因素，并提出了未来的研究方向。这篇综述旨在为解决全球塑料污染问题提供理论基础和创新技术思路。

塑料的广泛应用已经深刻影响了现代社会的方方面面，从工业生产到日常生活，塑料因其独特的物理和化学性质被广泛采用。这些性质包括可塑性、透明性、低密度、高韧性以及低导电性，使得塑料成为多种应用场景中的理想材料。自20世纪50年代以来，塑料在各个行业中的使用迅速增长，涵盖了从轻质一次性用品如袋子、饮料瓶和食品容器，到更为复杂的工业产品。然而，这种广泛的使用也导致了塑料废弃物的大量积累，特别是在环境和农业生态系统中。塑料在自然环境中具有较长的停留时间，极高的稳定性，以及易于碎片化的特点，这使得它们难以被自然过程降解。同时，塑料具有吸附污染物的能力，这进一步加剧了其对环境和生物健康的潜在危害。

在农业生态系统中，微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的存在对环境和健康构成了显著挑战。由于微塑料和纳米塑料具有较大的表面积和持久性，它们能够吸附各种有害物质，改变土壤结构，影响微生物群落，并损害作物的生长。此外，微塑料还能作为有害污染物的载体，促进其进入食物链，最终在植物、动物和人体内积累。这一问题引起了广泛关注，因为其对农业生态系统的稳定性和人类健康构成了潜在威胁。随着人们对食品安全和营养需求的重视，微塑料对蔬菜作物的不良影响更加凸显。

蔬菜作为人类饮食的重要组成部分，占健康饮食的大约41%，在保障营养安全方面具有不可替代的作用。然而，蔬菜作物特别容易受到微塑料污染的影响，因为它们能够从大气、灌溉水和土壤中吸收塑料颗粒。农业中广泛使用塑料地膜进一步加剧了蔬菜产品中微塑料的含量。鉴于蔬菜的质量、安全性和营养价值与人类健康密切相关，微塑料污染的普遍风险需要引起高度重视。因此，迫切需要研究出高效、经济的方法来去除和降解塑料颗粒，以确保食品安全和可持续发展，同时保护人类健康。

为了解决日益严重的塑料污染问题，研究人员已经开发出多种去除方法，包括传统的焚烧和填埋，以及现代的吸附、膜分离、生物降解和光催化降解技术。焚烧虽然能够减少塑料的体积，但其过程需要大量能源，并会产生有害的副产物。填埋虽然被广泛采用，但会占用大量土地资源，塑料降解过程缓慢，并且存在产生有毒渗滤液的风险。吸附方法利用材料的表面特性来捕捉微塑料，但面临吸附材料选择、再生以及可能的二次污染等问题。膜分离技术能够有效去除较大的微塑料颗粒，但对较小的颗粒处理效果不佳，且容易导致设备堵塞。生物降解虽然是一种可持续的方法，但其降解过程通常较为缓慢，并且高度依赖于环境条件。相比之下，光催化降解技术因其高效、环境友好以及能够利用太阳能将塑料污染物分解为无害物质等优势，成为解决塑料颗粒污染的有前景方案。

本文系统地介绍了传统方法去除塑料污染物的现状及其局限性，并强调了光催化降解技术的原理和优势，以及其在微塑料降解应用中的进展。在此基础上，我们详细探讨了光催化降解微塑料的原理和进展，分析了传统光催化剂的局限性，并深入研究了新型框架光降解材料的发展潜力。通过分析影响光催化降解效率的关键因素，我们提出了提升光催化降解效率的策略，并进一步探讨了有机框架材料在该领域中的应用前景。最后，我们总结了当前降解技术的局限性，并指出了未来的研究方向（图1），旨在为解决全球塑料污染问题提供理论支持和技术指导。

塑料污染的治理不仅是环境保护的重要课题，也是保障食品安全和人类健康的关键任务。随着全球工业化和城市化的加速发展，塑料制品的使用量持续上升，导致塑料废弃物的积累问题日益严重。传统的处理方式虽然在一定程度上缓解了污染问题，但其高能耗和环境危害限制了其广泛应用。因此，寻找一种高效、环保、可持续的塑料去除技术成为研究的重点。光催化降解技术因其能够利用太阳能，具有较高的降解效率，并且对环境的影响较小，被认为是解决这一问题的可行方案。

在光催化降解技术中，框架材料（如MOFs、COFs、ZIFs）因其独特的结构和性能，展现出巨大的应用潜力。这些材料具有高度的结构可调性，可以通过改变组成和结构来优化其光催化性能。此外，框架材料的孔隙结构和比表面积较大，能够有效提高光催化反应的效率。它们还具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够在复杂的环境中保持性能。相比之下，传统的光催化剂如TiO?和ZnO虽然具有一定的应用基础，但在实际应用中存在诸多限制，如光响应范围有限、电子-空穴复合率高、稳定性差等。因此，开发新型框架材料作为光催化剂，不仅能够克服传统材料的不足，还能够进一步提升光催化降解的效率和可行性。

在实际应用中，光催化降解技术的效率受到多种因素的影响，包括光照强度、催化剂的种类和结构、反应条件等。因此，研究这些关键因素对于优化光催化降解过程至关重要。例如，光照强度直接影响光催化剂的激发效率，而催化剂的种类和结构则决定了其反应活性和选择性。此外，反应条件如温度、pH值和反应时间等也会影响光催化降解的效率。因此，为了提高光催化降解的效率，需要对这些因素进行系统的研究，并根据实际需求进行优化。

在研究框架材料的光催化降解应用时，还应考虑其在实际环境中的稳定性和可重复使用性。框架材料在光催化反应中可能会发生结构变化或降解，影响其长期使用效果。因此，需要开发具有更高稳定性和可重复使用性的框架材料，以确保其在实际应用中的可靠性。此外，框架材料的制备成本也是一个重要因素，需要在保证性能的同时，降低其生产成本，以促进其广泛应用。

未来的研究方向应包括进一步优化框架材料的结构和性能，提高其光催化效率，并探索其在不同环境条件下的应用潜力。此外，还应研究框架材料与其他降解技术的协同作用，以提高整体的降解效果。例如，将光催化降解技术与生物降解技术结合，可能会提高塑料降解的效率，同时减少对环境的影响。此外，还需要关注框架材料在实际应用中的安全性，确保其在降解过程中不会产生有害物质，从而保障食品安全和人类健康。

综上所述，塑料污染的治理需要多方面的努力，包括开发高效的去除和降解技术，优化现有技术的性能，并探索新的材料和方法。光催化降解技术，特别是以框架材料为基础的新型光催化剂，为解决这一问题提供了新的思路和方向。未来的研究应继续深入探讨框架材料的性能和应用潜力，推动其在塑料污染治理中的实际应用，从而为全球环境保护和食品安全做出贡献。