综述：纳米材料在废水微塑料修复中的应用：迈向清洁水的重要一步

这篇综述系统探讨了纳米材料（NMs）在微塑料（MPs）污染治理中的前沿应用，重点阐述了金属基（如Fe3 O4 ）、碳基（如石墨烯）、聚合物基和生物基纳米材料的分类及其通过吸附、磁分离（MNPs）、光催化降解（如TiO2 ）等机制实现90%以上MPs去除率的突破性进展，同时分析了技术瓶颈（如二次污染风险）及AI驱动的优化策略，为水处理技术革新提供理论支撑。

　　

引言

微塑料（MPs）作为粒径<5 mm的塑料颗粒，已对水生生态系统和人类健康构成全球性威胁。传统水处理技术（如过滤、沉淀）对纳米级MPs的去除效率不足50%，而纳米材料凭借其高比表面积和可调控表面特性，成为MPs治理的革命性解决方案。

纳米材料在微塑料去除中的分类

金属基纳米材料

磁性纳米颗粒（如Fe₃
O₄
）通过表面磁化实现MPs快速分离，实验室条件下对聚乙烯（PE）的去除率达98.4%。但低pH环境易引发颗粒聚集，限制其实际应用。

碳基纳米材料

石墨烯氧化物（GO）通过氢键和π-π作用吸附MPs，在宽pH范围内保持80%以上效率。改性碳纳米管（CNTs）对聚苯乙烯（PS）的吸附容量达769 mg/g，但生产成本较高。

生物基与聚合物基材料

壳聚糖海绵对羧基化PS的去除率为92.1%，兼具生物可降解性；而燕麦蛋白海绵的吸附效率达81.2%，展现绿色技术潜力。

去除机制与影响因素

吸附与表面相互作用

纳米材料表面电荷与MPs的静电作用主导吸附过程。例如，Fe₃
O₄
@C12在盐度10 g/L时对PS的吸附量提升30%，但溶解有机质（DOM）会竞争吸附位点。

磁分离技术

超顺磁性γ-Fe₂
O₃
在20分钟内清除92%的PS，其效率受颗粒尺寸影响：1-5 μm MPs的磁捕获效果最优。

光催化降解

TiO₂
/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合材料在UV照射下可降解50%的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），但中间产物的毒性需进一步评估。

挑战与未来方向

尽管纳米材料在MPs去除中表现卓越，但规模化应用面临三大瓶颈：

1. 技术限制：纳米颗粒易聚集，且回收率不足70%；
2. 经济成本：石墨烯合成能耗高达16 kWh/kg；
3. 环境风险：TiO₂
   光催化可能产生自由基副产物。

人工智能（AI）为优化设计提供新思路，如卷积神经网络（CNN）已实现89%的MPs图像分类准确率，有望指导纳米材料精准合成。

结论

纳米材料在MPs治理中展现出不可替代的优势，但需通过跨学科合作解决工程化难题。未来研究应聚焦低成本生物基材料开发、AI辅助性能预测，以及全生命周期环境风险评估，以推动该技术从实验室走向实际应用。