综述：基于吸附的纳米塑料水净化技术中材料创新与挑战：效能、机制、性能因素及未来展望的综合评述

这篇综述系统评述了吸附法去除20-100 nm纳米塑料（NPs）的最新进展，重点分析了海绵/水凝胶/气凝胶、金属基材料、生物炭/活性炭（biochar/AC）及多功能复合材料的效能机制（如静电吸引、氢键、π-π堆积），并探讨pH值、共存污染物等关键影响因素。文章创新性提出刺激响应材料、微机器人清除技术和AI辅助优化等解决方案，为开发可持续NP治理技术提供前瞻性路线图。

　　

Abstract
纳米塑料（NPs <100 nm）因能穿透生物屏障、运输共污染物并在水生生态系统中持久存在，已成为高风险污染物。传统修复技术对纳米级颗粒效果有限，而吸附法凭借高效、经济、操作简单等优势成为理想替代方案。本综述聚焦20-100 nm这一研究不足的尺寸范围，系统评述了四类吸附材料：

海绵/水凝胶/气凝胶材料通过三维多孔结构实现物理截留，如聚乙烯醇-壳聚糖气凝胶对50 nm NPs的吸附效率达92%；金属基材料（如Fe₃
O₄
@LDH）依赖表面羟基（-OH）的静电作用；生物炭/活性炭凭借高比表面积（>1000 m²
/g）和疏水作用吸附NPs；多功能复合材料如MXene-磁性微机器人可实现定向捕获。

吸附机制与性能因素
关键作用力包括：静电吸引（受pH调控，等电点时效率最高）、氢键（-COOH/-NH₂
基团）、疏水效应（对PS等非极性NPs）和π-π堆积（芳香族聚合物）。环境因素中，溶解有机质（DOM）会竞争吸附位点，而Na⁺
/Ca²⁺
等离子通过电荷屏蔽促进聚集。形态学分析显示，球形NPs比纤维状更易被吸附。

技术瓶颈与突破
超小NPs（<20 nm）因布朗运动强烈导致吸附效率骤降（<30%）。创新方案包括：

• 刺激响应材料：pH/温度敏感水凝胶可动态调节孔径
• 微机器人技术：TiO₂
  /Fe₃
  O₄
  基微型清除器实现光驱运动捕获
• AI辅助设计：机器学习预测最佳官能团组合（如-SO₃
  ^-
  与季铵盐协同）

商业化挑战
尽管实验室成果显著（如磁性气泡片剂处理成本<$0.5/m³
），但规模化生产面临再生损耗（>5次循环后效率下降40%）、二次污染风险（纳米金属溶出）等障碍。可持续处置方案建议将废吸附剂转化为建筑骨料或电池阳极。

未来方向
建立标准化NP检测方法、开发原位再生技术、开展多污染物协同吸附研究是突破重点。通过整合机理认知与工程化设计，吸附技术有望成为NP治理的关键解决方案。