综述：封装纳米材料：探索可持续提取工艺的前沿领域——综述

《Journal of Chromatography A》：Encapsulated Nanomaterials: Exploring Cutting-edge Horizons for Sustainable Approach in Extraction Processes: A Review

纳米材料封装技术通过高选择性、灵敏度和环境可持续性革新了分离纯化方法。研究重点包括金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、二氧化钛等封装材料，在固相萃取和微萃取中的应用，以及染料、双酚、药物、农药等污染物的去除。优势体现为增强稳定性、可重复性和减少废弃物，同时面临技术经济可行性和规模化挑战。未来需优化材料成本与性能平衡，拓展多污染物协同处理技术。

　　纳米技术（NT）在提取方法中的整合，正在通过提供高选择性、高灵敏度、高效率以及环境可持续性，彻底改变分离与纯化技术。在众多纳米材料中，封装纳米材料（Encapsulated Nanomaterials, ENMs）因其优异的形态、高比表面积、可调孔隙率和可控的表面功能，成为一种极具前景的类别。封装不仅稳定了纳米材料，还提高了其可重复性，增强了在提取过程中的稳定性，并减少了废弃物的产生。此外，封装纳米材料在实时应用中展现出高提取效率的潜力，能够有效去除多种分析物。本综述探讨了封装纳米材料在提取技术（包括固相萃取和固相微萃取）中的最新发展，为减少生态足迹、提高资源回收效率以及有机和无机污染物的预处理提供了深入见解。

封装纳米材料的研究不仅关注其在提取过程中的性能提升，还致力于开发新的封装方法及其在分离科学中的应用。据文献报道，目前关于封装纳米材料在提取过程中的应用研究仍相对有限。本综述旨在提供一个全面的概述，涵盖封装纳米材料的类型、其在提取过程中的应用及未来的发展前景。本综述将帮助年轻研究者更轻松地探索封装纳米材料的相关研究，并识别未来值得考虑的方向。

在封装纳米材料的研究中，纳米颗粒（NPs）的封装被视为一种复杂的方法，用于在纳米尺度下开发活性物质。通过封装，纳米材料的稳定性、选择性、分散性和功能得到了显著提升，使其在工业和科学应用中具有极高的价值。封装纳米材料（ENPs）因其可调表面特性、高表面积与体积比以及环境友好性，受到分离科学研究者的广泛关注。它们对目标分析物具有高度选择性，能够有效提升萃取效率。本综述将聚焦于封装纳米材料及其在提取中的应用。

此外，本综述的重点还在于封装技术的发展及其在分离科学中的应用。由于纳米材料在实际应用中容易发生聚集和失活，因此如何通过封装方法提高其稳定性成为一个重要课题。封装技术通过将纳米材料包裹在不同的材料中，能够有效防止其在萃取过程中发生迁移或聚集，同时增强其可回收性。这种封装方式不仅提高了纳米材料的性能，还为工业应用提供了更加可靠的解决方案。

在纳米材料的封装过程中，封装方式的选择至关重要。不同的封装材料可以赋予纳米材料不同的物理和化学特性。例如，硅氧化物封装材料因其化学惰性和在高温下的稳定性，成为一种高效的封装选择。硅氧化物能够在纳米材料表面形成稳定的保护层，防止其发生聚集或失活。此外，通过溶胶-凝胶法可以制备具有微孔结构的硅氧化物，从而提高纳米材料的传质效率。这种封装方法在多种应用中展现出良好的效果，特别是在需要高选择性和高稳定性的环境中。

钛氧化物（TiO?）封装纳米材料同样受到关注。钛氧化物纳米壳层通过在金属/二氧化硅复合材料表面沉积一层钛氧化物，为纳米材料提供了一种替代性的封装方法。当去除二氧化硅层后，可以形成金属/钛氧化物的核壳结构。这种方法在某些应用中能够显著提高纳米材料的性能，例如在环境监测中，钛氧化物能够增强纳米材料的稳定性，同时减少其对周围环境的不良影响。通过控制TBOT的水解速率，可以在特定条件下形成钛氧化物的外部涂层，从而进一步提升封装材料的性能。

碳基封装纳米材料因其独特的物理和化学特性，如高比表面积、可调孔隙结构和多样化的表面功能，在样品预处理和提取过程中被广泛应用。这些特性使得碳基封装材料能够与多种分析物发生高效相互作用，从而提升其在富集和分离过程中的性能。碳基封装材料在环境监测和工业应用中表现出良好的稳定性，同时能够有效减少纳米材料的聚集和失活。这种封装方式不仅提高了纳米材料的性能，还为样品预处理提供了更加可靠的方法。

金属基封装纳米材料则因其在催化过程中的广泛应用而备受关注。金属纳米颗粒（MNPs）被封装在多孔基质中，能够显著提升其在催化反应中的稳定性。由于金属纳米颗粒具有较高的比表面积，封装可以有效增强其与反应物的接触，提高催化效率。此外，多孔结构能够促进快速的物质传递，从而提高反应物的可接近性。这种封装方式在多种应用中展现出良好的效果，特别是在需要高稳定性和高催化效率的环境中。

金属有机框架（MOFs）封装纳米材料则因其独特的结构和性能而受到重视。MOFs是一种由金属离子或簇与有机连接体通过配位自组装形成的结晶多孔材料。其高比表面积、可调孔隙结构和可定制的化学特性，使其成为样品预处理和提取过程中的理想平台。例如，Suwannakot等人开发了一种MOF-SPME技术，能够实现对全氟辛酸废水样品的直接和快速分析。这种技术不仅提高了样品分析的效率，还增强了对目标分析物的检测能力。

共价有机框架（COFs）封装纳米材料同样具有广泛的应用前景。COFs是由轻质元素（如C、H、O、N和B）通过强共价键连接形成的结晶多孔材料。其精密组织的孔结构、可调的化学特性以及优异的化学和热稳定性，使其成为样品预处理和提取过程中的战略平台。例如，Hu等人开发了一种基于共价有机框架的SPME涂层，能够有效提高对目标分析物的检测能力和选择性。这种封装方式不仅提高了纳米材料的性能，还为环境监测和工业应用提供了更加可靠的方法。

分子印迹聚合物（MIPs）封装纳米材料则因其在提取过程中的高选择性而受到关注。通过设计具有精确控制直径的封装纳米材料，可以显著提高其在提取过程中的性能。在这一过程中，一些策略被提出，例如利用反胶束作为纳米反应器，以提高纳米材料的活性和选择性。MIPs技术通过结合多孔材料，能够显著增强其对目标分析物的选择性。这种封装方式不仅提高了纳米材料的性能，还为环境监测和工业应用提供了更加可靠的解决方案。

封装纳米材料在提取过程中的优势主要体现在其稳定性、选择性和可回收性上。研究者一直在追求稳定、高效且具有高选择性的吸附剂，以推动提取科学的进步。与传统吸附剂相比，封装纳米材料能够显著提高其在提取过程中的稳定性，减少其对周围环境的不良影响，同时增强其可回收性。这种优势使得封装纳米材料在多种应用中展现出良好的性能，特别是在需要高选择性和高稳定性的环境中。

在环境监测和生物医学等跨学科领域，提取技术的需求日益增长。现代分析化学（AC）已经从单一相系统发展到复杂的多相矩阵，包括固体、液体和气体成分。在这些系统中，分析物通常以超痕量浓度存在，表现出多样的化学形态和动态的空间-时间分布。因此，如何提高提取技术的效率和选择性成为一个重要课题。封装纳米材料能够有效应对这些挑战，通过其独特的物理和化学特性，提高对目标分析物的检测能力和选择性。

封装纳米材料在提取过程中的应用不仅限于环境监测，还广泛涉及食品样品和医疗诊断等领域。环境和食品样品本身具有复杂性和多样性，受到采样地点、样品特性、基质多样性、共存物质以及目标分析物的极低浓度等因素的影响。因此，采样和样品预处理的质量对提取结果具有决定性影响。封装纳米材料能够有效提高样品预处理的效率，减少对目标分析物的干扰，同时增强其在复杂基质中的选择性。

在实际应用中，一些目标分析物如染料、双酚类化合物和农药等，因其在环境中的广泛存在而受到关注。染料是附着在织物表面以产生颜色的有机物质，广泛应用于皮革鞣制、纺织、化妆品等行业。由于染料在水体中的存在，即使在极低浓度下也能造成显著污染。这种污染不仅影响环境质量，还可能对生态系统和人类健康构成威胁。因此，如何有效去除这些污染物成为一个重要课题。

双酚类化合物是广泛用于多种聚合物制造的酚类化学物质，主要涉及聚碳酸酯和环氧树脂等材料。由于这些材料的广泛使用，双酚类化合物在环境和人体中普遍存在。虽然双酚类化合物的急性毒性较低，但它们具有内分泌干扰特性，长期暴露会显著增加其潜在风险。因此，许多国际政府机构对双酚类化合物的使用和监管日益严格。

农药是广泛应用于农业、工业和公共卫生领域的物质，根据联合国粮食及农业组织（FAO）的研究，其合理使用可以提高农作物产量、减少收获后的损失，并改善公共卫生。然而，农药的使用也可能带来一系列负面影响，包括环境污染和人类健康风险。因此，如何在提高农业生产力的同时减少环境污染成为一个重要课题。

除了上述分析物，还有一些其他目标物质如药物残留、重金属离子等，也受到广泛关注。例如，Jie等人开发了一种结合金纳米颗粒和聚吡咯的材料，用于对五种硝基多环芳烃的固相微萃取。该方法在特定条件下实现了0.92至4.16 ng/L的检测限，并取得了80.3%至115.6%的回收率。这种技术不仅提高了对目标分析物的检测能力，还增强了其在复杂基质中的选择性。Abolghasemi等人开发了一种结合氧化锌纳米颗粒和六方有序二氧化硅及聚噻吩的材料，用于对多环芳烃的固相微萃取。该方法的检测限范围为8.2至20 pg/mL，线性响应范围为0.1至100 μg/L。这种技术不仅提高了对目标分析物的检测能力，还增强了其在复杂基质中的选择性。

封装纳米材料在提取过程中的应用不仅提高了提取效率，还为环境和工业领域提供了更加可持续的解决方案。其优异的生物相容性、高比表面积和高反应性，使得封装纳米材料在多种提取技术中表现出良好的性能，如吸附、固相萃取和膜过程。此外，封装纳米材料能够有效减少废弃物的产生，提高资源回收效率，同时降低对环境的不良影响。这种技术在多个领域展现出广阔的应用前景，特别是在需要高选择性和高稳定性的环境中。

尽管封装纳米材料在提取过程中表现出诸多优势，但其技术经济可行性仍然是一个需要考虑的重要问题。由于封装技术的高操作成本，目前尚未在大规模或商业生产中广泛应用。然而，随着对成本降低的关注，特别是在样品预处理和浓缩过程中，以及在能源和农业等领域的应用，封装技术的研究正在不断深入。研究者正在寻找一种可持续的方法，以生产对环境无害、机械稳定且可重复使用的材料。这种技术不仅提高了提取效率，还为工业应用提供了更加经济的解决方案。

封装纳米材料的发展不仅依赖于技术的进步，还受到经济和环境因素的影响。随着对可持续发展的关注，封装纳米材料的研究正在朝着更加环保和经济的方向发展。研究者正在探索如何通过优化封装方法，提高纳米材料的性能，同时降低其生产成本。这种技术不仅提高了提取效率，还为环境和工业领域提供了更加可靠的解决方案。

封装纳米材料的未来发展方向包括开发更高效的封装方法、提高纳米材料的性能以及拓展其在更多领域的应用。随着对环境和健康问题的关注，封装纳米材料的研究将更加注重其在实际应用中的效果。此外，研究者正在探索如何通过优化封装材料，提高纳米材料的稳定性、选择性和可回收性，以满足不同领域的需求。这种技术的发展不仅有助于提高提取效率，还为环境和工业领域提供了更加可持续的解决方案。

综上所述，封装纳米材料在提取过程中的应用正变得越来越重要。它们不仅提高了提取效率，还为环境和工业领域提供了更加可持续的解决方案。通过不断优化封装方法和材料，封装纳米材料有望在未来成为提取技术的重要组成部分。这种技术的发展不仅有助于提高资源回收效率，还为环境和健康问题的解决提供了新的思路。随着研究的深入，封装纳米材料将在更多领域展现出广阔的应用前景，为工业和科学进步做出重要贡献。