综述：纳米纤维素增强半导体光催化废水处理的最新进展与功能

本综述系统探讨了纳米纤维素（CNC/BNC/CNF）与半导体复合光催化剂在废水处理中的突破性应用。通过表面功能化、杂化等改性策略，显著提升光催化降解有机污染物（如药物、染料）的效率，同时克服传统半导体（如TiO2）电荷复合率高、稳定性差等瓶颈。文章还剖析了规模化生产的挑战，为可持续水处理技术提供新思路。

　　

纳米纤维素：半导体光催化剂的“绿色助推器”

纤维素结构

纤维素作为植物细胞壁的主要成分，其化学式为(C₆H₁₀O₅)_n，由β-1,4糖苷键连接的_d-葡萄糖单元构成。这种天然高分子独特的层级结构，为制备纳米纤维素提供了理想原料。

纳米纤维素的合成革命

通过机械法、化学法或生物法（如细菌发酵）可将纤维素解离为1-100 nm的纳米颗粒。其中细菌纳米纤维素（BNC）因其高纯度备受青睐，而酸水解法制备的纤维素纳米晶体（CNC）则展现出优异的结晶度。最新的绿色合成技术进一步降低了能耗和环境污染。

光催化废水处理的协同效应

纳米纤维素与半导体（如TiO₂、ZnO）复合后，其表面丰富的羟基可锚定金属纳米颗粒（Au/Ag等），形成“电子高速公路”：

• 增大比表面积，提供更多活性位点
• 通过氢键吸附污染物，缩短降解距离
• 抑制光生电子-空穴对复合，提升ROS产率

实验数据显示，CNF-TiO₂复合体系对亚甲基蓝的降解率可达传统催化剂的2.3倍。

挑战与未来方向

尽管在实验室取得突破，但纳米纤维素光催化剂仍面临三大挑战：

1. 大规模生产时的成本控制
2. 复杂水质环境下的稳定性
3. 可见光响应范围有限

解决方案包括开发新型Z型异质结、等离子体增强系统，以及利用人工智能优化材料设计。

结论

这种“自然-人工”杂化系统为水处理领域带来范式转变，其环境友好特性与高效性能的平衡，正推动光催化技术从实验室走向实际应用。未来需跨学科合作解决工程化难题，让纳米纤维素真正成为环境修复的“绿色卫士”。