机器人技术在水环境中微塑料和纳米塑料修复中的应用：机制、性能与挑战

本综述系统探讨了机器人技术（Robotic Technology）在微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）污染治理中的前沿进展。文章重点分析了四类机器人（Fe基、催化材料基、聚合物基及生物基）的合成调控、捕获与降解性能，并深入讨论了关键影响因素（如pH、共存离子、NOM等）及实际应用潜力，为未来环境修复技术的开发与市场化提供了重要参考。

　　

Remediation of Microplastics (MPs) and Nanoplastics (NPs) by robotic technology

机器人技术因其独特的自主运动行为和自混合能力，已被用于单独或同时捕获和降解来自不同水环境中的微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。凭借其丰富的亲水官能团、优异形态、柔性运动性、孔隙结构、光催化功能、与塑料颗粒（PPs）的快速接触能力以及与PPs相反的电荷特性，机器人技术能够克服扩散限制反应，促进与目标污染物的快速接触。根据制造特性，机器人可分为微米和纳米结构材料，并进一步根据其组成材料分为四类：铁基机器人、催化材料基机器人、聚合物基机器人和生物基机器人。

Advanced characterization methods for understanding in-situ performance of robots

表1和表2描述了用于表征机器人并理解其性能效率的各种先进技术。使用这些技术的主要目的是研究其运动行为、形态、热稳定性、化学组成、表面化学、晶体结构、官能团、机械稳定性、修复性能及机制。值得注意的是，一些研究人员采用先进表征技术来实时（in-situ）监测机器人在工作状态下的行为和相互作用。

Critical factors affecting the remediation performance of robotic technology

众多因素，包括机器人的特性、塑料颗粒（PPs）的特性、溶液pH值、天然有机物（NOM）、反应时间、操作距离、覆盖面积以及共存离子/干扰离子，都会影响机器人技术对目标MPs和NPs的修复效率。

Regeneration and reusability

与吸附剂类似，机器人也可以再生并重复用于连续的处理周期，这对于将所提出的技术从实验室推向工业应用至关重要。

铁基机器人：它们可以通过使用不同溶液（包括氢氧化钠(NaOH)、盐酸(HCl)、氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)和水）以及通过不同方法（水热法、超声处理、煅烧）进行再生。大多数铁基机器人可以回收用于多个循环。

催化材料基机器人：它们主要通过煅烧、超声处理和水洗进行再生。

聚合物基和生物基机器人：它们主要通过物理方法（如水洗和超声处理）进行再生。

Practical applications of robotic technology

所考虑机器人的实际应用对于将其从实验室推广到商业规模至关重要，因为真实水体比实验室使用的合成水样更为复杂。真实水体中存在的各种杂质（有毒染料、金属离子、盐类、天然有机物和微污染物）可能会改变机器人技术对PPs的修复效率。就此而言，各种机器人已被用于从真实水样（包括湖水、污水、河水和海水）中清除PPs，并显示出良好的性能。

Marketing barriers and possible solutions

多项报告表明，通过各种方法制备的多种创新机器人已被用于从水和真实污水中捕获和降解PPs（MPs/NPs）（见表1、表2、表3、表4）。然而，迄今为止，尚无任何已报道的机器人从实验室走向市场，因为修复技术的选择取决于许多方面，例如制造成本、稳定性、便利性、目标污染物的重要性、回收能力、环境危害、修复效率、再生和重复使用能力以及公众接受度。

Conclusions, knowledge gaps and future endorsements

总而言之，机器人技术在修复PPs方面展现了卓越的效率。然而，仍然存在显著的信息空白，需要专家们关注并进行进一步的研究调查。因此，本批判性综述记录了以下已识别的知识空白，这些空白需要未来采取行动的研究方向。

1. 1.

   机器人技术对微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的修复

   捕获MPs和NPs

   铁（Fe）基机器人：它们具有巨大的...