综述：检测、吸附和降解微/纳米塑料技术的最新进展

《Journal of Materials Science & Technology》：State-of-the-art evolution of detection, adsorption, and degradation of micro/nano-plastics

微纳米塑料（MNPs）因持久性和生物累积性引发全球关注，其检测面临尺寸小、化学异质性强等挑战，新兴技术如表面增强拉曼散射（SERS）、原子力显微镜（AFM）及便携式传感平台展现出高效筛查潜力。吸附材料与降解方法（光催化、等离子体辅助、酶解）的协同优化是关键。机器学习与微型设备的结合有望推动实时监测与规模化治理。摘要后分隔符：

　　近年来，微塑料和纳米塑料（MNPs）在环境和生物系统中的广泛存在已成为全球关注的焦点。由于其持久性、生物累积性以及与健康相关的潜在风险，MNPs的检测、去除和可持续降解技术正面临诸多挑战。这些挑战主要源于MNPs的纳米尺度特性、化学异质性以及复杂的环境老化过程。传统分析方法在面对异质基质时存在灵敏度不足和适用性差的问题，而现有的治理策略往往效率低下且对环境不友好。因此，发展高通量、高灵敏度的检测技术以及高效、环境友好的去除和降解方法显得尤为重要。

MNPs的来源多样，包括较大塑料产品的碎片化、工业制造过程以及消费产品的释放。这些微小颗粒因其体积小、表面积大、对共存污染物的吸附能力强以及在环境中的持久性，被广泛检测到水体、土壤、大气颗粒物，甚至在生物体内。其中，纳米塑料由于其更小的尺寸和更高的生物可利用性，能够穿透生物屏障，从而增强其潜在毒性。随着分析技术的进步，MNPs在食品、饮用水和人体生物样本中的检测率显著提高，凸显了其在环境安全和公共卫生中的重要性。

尽管对MNPs的潜在风险已有广泛认知，但在准确检测和表征MNPs方面仍存在重大挑战，尤其是在纳米尺度层面。传统的检测方法，如傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、热解气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）以及电子显微镜，通常受到复杂的样品制备过程、基质干扰以及灵敏度不足的限制。因此，迫切需要开发高通量、高灵敏度且能够实现现场检测的技术，以提高MNPs监测的准确性和效率。

与此同时，大量研究致力于开发MNPs的治理和去除策略，包括先进的吸附材料（如功能化聚合物、金属有机框架、生物炭）和创新的降解方法，如光催化、酶降解和生物降解。然而，这些技术在去除效率、环境兼容性和大规模应用方面仍面临诸多挑战。在过去十年中，MNPs的研究迅速扩展，这主要是由于日益增长的环境和健康担忧所驱动。这一趋势在文献计量分析中得到了明显体现，显示了关键词的密集聚集和关于MNPs检测、表征和治理的出版物数量急剧增加。

面对这些挑战，全面理解MNPs的来源、检测、去除和降解过程对于开发可持续的治理策略至关重要。近期研究强调了跨学科方法的重要性，这些方法整合了分析化学、材料科学、环境工程和计算建模，以应对MNPs污染的多面性。特别是，现场表征技术与先进材料设计和数据驱动算法的结合，正在开辟新的路径，实现高精度的监测和高效的治理。本综述提供了关于MNPs检测、吸附和降解技术的系统性和批判性概述，首先总结了近期在分析方法方面的创新，包括光谱和显微技术，以及机器学习辅助的检测方法，这些方法能够快速且灵敏地识别MNPs在复杂环境和生物基质中的存在。随后，综述讨论了吸附和降解策略的最新发展，强调了功能材料的设计、催化机制和工艺优化，以提高性能和可持续性。最后，通过指出关键瓶颈和未来研究框架，本研究旨在建立一个集成的科学基础，为下一代能够有效监测、去除并最终缓解MNPs环境和健康影响的技术提供支持。

在快速检测技术方面，近年来取得了一系列进展。热分析技术被用于MNPs的富集，为污染物的检测提供了新的思路。表面增强拉曼散射（SERS）技术以其高灵敏度和选择性，在MNPs的识别和定量分析中展现出巨大潜力。原子力显微镜（AFM）能够提供纳米级的形貌信息，为MNPs的物理和化学特性分析提供了重要手段。此外，纳米粒子追踪技术以及便携式光学和电化学平台也在MNPs的快速检测中发挥了重要作用。这些技术各具优势，能够互补性地提升检测的全面性、准确性和效率。

在吸附技术方面，随着对MNPs检测和表征的深入，高通量和单粒子分析的成果可以直接指导针对MNPs的去除策略的开发。机器学习辅助的光谱技术不仅能够精确测定MNPs的尺寸、形态和聚合物组成，还能提供关于粒子与环境相互作用的机制性理解。这种理解对于开发高效、可持续的吸附材料至关重要。通过这些技术，可以更全面地掌握MNPs在环境中的分布情况，并据此优化吸附材料的性能。

在降解技术方面，虽然高效的去除策略，如基于铁的凝聚、超分子生物吸附和磁性机器人系统，显著降低了MNPs在水体中的含量，但这些方法主要将塑料从水体中转移到固相或浓缩基质中，而非彻底降解。因此，进一步研究和开发MNPs的降解途径对于彻底消除其环境风险具有重要意义。目前，降解技术主要分为物理降解、化学降解和生物降解三种类型。物理降解通常包括机械破碎和热处理等方法，这些方法能够通过外部能量输入实现塑料的破碎。化学降解则涉及使用催化剂或化学试剂对塑料进行分解，这种方法能够有效提高降解效率。生物降解则依赖于微生物或酶的作用，这些生物手段能够实现塑料的自然降解，但通常需要特定的环境条件和较长的时间。

尽管在MNPs研究方面取得了显著进展，但仍存在诸多挑战。例如，研究领域之间存在碎片化，不同研究团队采用的方法和标准不一致，导致研究成果难以整合和推广。此外，现有的技术在实际应用中往往缺乏足够的转化效果，无法有效解决环境和健康问题。为应对这些挑战，本综述提出了一种Source-Characterization-Exposure-Effect-Governance（SCEEG）框架，该框架系统地分类了当前研究中的瓶颈，并指明了未来的研究方向。SCEEG框架整合了分析创新、可持续治理、毒理学评估和监管转化，为全面理解和应对MNPs污染提供了系统性的视角。

此外，本综述还强调了机器学习与微型化设备的结合在MNPs监测和治理中的重要性。通过机器学习算法，可以实现对MNPs的实时监测，提高检测的准确性和效率。同时，微型化设备的开发使得MNPs的检测和治理更加便捷和高效，适用于各种环境和生物基质。这种结合不仅能够提高技术的智能化水平，还能够实现大规模应用，为解决MNPs污染问题提供新的可能性。

在MNPs的治理和管理方面，仍需进一步探索和创新。目前，吸附和降解技术在实际应用中面临诸多挑战，包括去除效率不足、环境兼容性差以及大规模应用的困难。因此，需要开发更加高效、环保且适用于大规模应用的治理技术。此外，MNPs的检测和表征技术也需要进一步优化，以提高其在复杂环境和生物基质中的适用性。通过跨学科合作和技术创新，有望实现对MNPs污染的全面理解和有效治理。

在实际应用中，MNPs的检测和治理技术需要与具体的环境条件相结合。例如，在水体中的MNPs检测需要考虑水体的pH值、温度、污染物浓度等因素，而治理技术则需要考虑塑料的种类、降解途径以及环境的影响。因此，开发适应不同环境条件的检测和治理技术是当前研究的重点之一。此外，MNPs的治理还需要考虑其对生态系统和生物体的潜在影响，确保治理过程的环境友好性和安全性。

综上所述，MNPs的检测、吸附和降解技术是解决塑料污染问题的关键环节。通过不断的技术创新和跨学科合作，有望开发出更加高效、环保和可持续的治理策略。同时，对MNPs的深入研究和理解，将为制定科学合理的监管政策和治理措施提供重要依据。未来，随着分析技术和治理手段的不断进步，MNPs的监测和治理将更加精准和高效，为实现可持续发展和环境保护目标提供有力支持。