氧化石墨烯/氧化锌复合光催化剂高效降解聚苯乙烯纳米塑料的环境治理研究

针对纳米塑料(PS NPs)污染难题，海南师范大学团队开发了GO/ZnO复合光催化剂，通过超声合成法获得小晶粒尺寸、高比表面积的纳米材料。在UV照射下，该催化剂对聚苯乙烯纳米塑料的降解效率达83%（pH7时），动力学斜率(0.01702 min-1 )显著优于纯ZnO(0.01310 min-1 )。研究揭示了ROS介导的降解机制，为水体纳米塑料治理提供了新策略。

　　

在塑料污染席卷全球的今天，直径小于100纳米的塑料颗粒正悄然成为新的环境噩梦。每年超过1300万吨塑料涌入海洋，这些大块塑料经过紫外线、机械作用等逐渐分解为更隐蔽的纳米塑料(NPs)。它们不仅能携带毒素进入食物链，更可怕的是其微小尺寸允许它们穿透生物屏障，甚至可能干扰细胞功能。聚苯乙烯(PS)作为五大通用塑料之一，其纳米颗粒在个人护理品、工业原料中广泛存在，但现有处理技术如膜过滤会产生二次污染，生物降解又受限于环境条件。

面对这一挑战，海南师范大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果。他们巧妙地将氧化石墨烯(GO)的电子传输能力与氧化锌(ZnO)的光响应特性结合，通过简单的超声法制备GO/ZnO复合光催化剂。该材料在紫外光下对PS纳米塑料的降解率突破83%，降解速率比纯ZnO提升30%，并系统解析了pH值、催化剂比例等影响因素。这项研究不仅为纳米塑料治理提供了高效解决方案，更揭示了自由基介导的降解机制。

研究采用三大关键技术：X射线衍射(XRD)表征晶体结构，紫外-可见光谱(UV-Vis)分析光吸收性能，以及热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)鉴定降解产物。通过对比不同GO/ZnO配比材料的性能，结合动力学模拟和活性氧检测，构建了完整的催化降解体系。

Characterizations of morphology, structures and stability
XRD图谱显示复合材料保留了ZnO的纤锌矿结构，(101)晶面衍射峰明显。GO的引入使ZnO晶粒尺寸从38.6 nm减小至22.4 nm，比表面积提升至89.7 m²
/g。紫外漫反射表明GO拓宽了光响应范围，禁带宽度从3.2 eV降至2.9 eV。

Photocatalytic degradation performance
在pH=7条件下，GO/ZnO-3（GO:ZnO=1:5）表现最优，100分钟内降解率达83.2%，动力学常数0.01702 min^-1
。酸性环境(pH=3)会抑制反应，因H⁺
与•OH结合；而碱性条件(pH=11)促进O₂
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生成，使效率提升至87%。自由基捕获实验证实•OH是主要活性物种。

Degradation mechanism analysis
Py-GC/MS检测到苯乙烯单体、苯甲酸等中间产物，证明PS长链被逐步氧化断裂。GO作为电子受体，有效分离e^-
-h⁺
对，ZnO产生的h⁺
直接氧化PS或通过H₂
O生成•OH，而导带电子被O₂
捕获形成O₂
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，三者协同攻击PS的C-H键。

这项研究实现了三个重要突破：首次建立GO/ZnO降解PS NPs的定量动力学模型；阐明pH调控自由基类型的机制；开发出可规模化生产的超声合成工艺。Bei Wang团队的工作为纳米塑料治理提供了兼具理论基础和实践价值的技术路径，其复合材料设计思路也可拓展至PE、PP等其他塑料的降解研究。未来通过可见光催化体系的构建，或将推动该技术在实际水体修复中的应用。