先进硫化镍纳米结构光催化剂用于降解个人护理产品中的污染物：应对日益凸显的环境与健康问题

《Sustainable Chemistry One World》：Advanced Nickel Sulfide Nanostructured Photocatalysts for the Degradation of Pollutants in Personal Care Products: Addressing a Rising Environmental and Health Concern

　　

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  全面综述了用于降解个人护理产品（PCP）污染物的先进硫化镍纳米结构光催化剂。
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  讨论了硫化镍光催化剂的合成策略、形貌工程调控和带隙结构调制。
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  提供了关于催化剂稳定性、可回收性、毒性以及与大规模应用相关挑战的关键见解。
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  确定了利用基于硫化镍的纳米光催化剂进行可持续废水修复的未来研究方向。

引言

水是生命的基本必需品之一。全球可用水量资源仅约占0.5%。过去几十年来，人口快速增长和无序城市化导致了水资源的短缺。废水处理不当加剧了水污染，导致超过10亿人无法获得清洁饮用水[1]。在众多污染物类别中，个人护理产品（PCPs）因其使用广泛、持续排放以及在低浓度下的潜在毒性而成为主要的污染物来源[2]。研究人员汇编了一项覆盖30个国家72种PCPs的研究，其浓度高达7.811×10⁶ ng/L。该研究还指出，传统污水处理厂（CWWTPs）是PCPs排放的主要来源。这是由于处理过程中去除不完全所致，导致PCPs在各种水源中广泛存在[3]。家庭垃圾的不当处置、市政废水、工业废水和农业径流，以及不有效的处理技术，是PCPs进入水栖环境、河流、湖泊和景观的主要途径[4]。

PCPs被归类为新兴污染物（ECs）的一个主要类别，由一系列长链、高分子量的有毒化学物质组成[5]、[6]。大多数人在使用PCPs时并不了解其中所含的有毒成分。大多数PCPs，包括防晒霜、保湿霜、洁面乳、口红、除臭剂、驱虫剂、肥皂、洗涤剂、洗发水、沐浴露、牙膏、护发油、护肤品等，都含有可能引发严重健康影响的有毒化学物质[7]。这些产品含有多种化学物质，包括对羟基苯甲酸酯类、邻苯二甲酸酯类、三氯生（TCS）、双酚A（BPA）、紫外线（UV）过滤剂、全氟和多氟烷基物质、甲醛、甲硝唑、对苯二胺、溴酚蓝和柠檬黄。暴露于这些PCP污染物会对人体健康造成有害的负面影响，包括皮肤刺激、癌症风险增加、致肥胖、促炎、神经系统和内分泌疾病等[8]。这些污染物可通过多种暴露途径进入人体，包括皮肤吸收、吸入和无意摄入，特别是来自口红等产品[9]。

因此，有必要开发先进的、可扩展的废水处理方法来保护水资源。目前已开发并实施了多种高级氧化工艺（AOPs）来处理含PCPs的废水。光催化技术被认为是一种更为有效的处理方法，具有诸多优势特性，包括（1）操作简单，（2）能有效去除有机物和无机化合物，（3）经济可行，（4）次生污泥产生量最少，（5）可利用太阳光驱动[10]。

几十年来，金属硫化物基光催化剂在废水处理领域表现出的优异光电性能和显著的光催化性能一直令研究人员着迷[11]。与其他金属硫化物相比，基于硫化镍的纳米材料因其窄带隙、负导带电位和低廉的经济成本而成为更优异的半导体[12]、[13]、[14]、[15]。基于硫化镍的纳米材料是解决PCPs污染物造成的问题的更好材料。

尽管已有若干综述讨论了用于去除PCPs的各种纳米材料，但专门针对基于硫化镍的纳米材料的综述仍然相对较少。为弥补这一空白，本综述对基于NiS的光催化剂进行了深入分析，包括各种制备方法、物理化学性质、掺杂的作用以及消除PCPs的机理。同时，也讨论了PCPs降解的各个方面，包括传统技术和先进技术。此外，还考察了相组成、缺陷工程和界面电荷转移过程的影响，为基于硫化镍的纳米材料的高效和可持续去除提供了有价值的见解。本综述旨在通过突出基于硫化镍的纳米材料在实现安全、清洁和可持续环境方面的作用，为未来研究提供指导。

章节摘要

PCPs中的污染物：分类与持久性

在众多毒性持久性污染物类别中，PCPs因其环境毒性而尤为突出[16]。PCPs由于其复杂的化学结构、稳定性和多样的物理化学性质，通常难以从废水中定量分析、检测和去除[17]。此外，新型PCPs在日常生活中被广泛引入，对生态环境造成了不利影响。由于家庭不受控的排放，它们已存在于环境中，

环境修复中的光催化技术

由于人类活动导致的空气、水和土壤污染是生态系统失衡的重要贡献因素。在各种释放到环境中的污染物中，PCPs因其大量生产、持续消费和频繁排入水体系统而成为日益增长的环境关注对象。为减少PCPs的环境释放和存在，已研究了几种处理方案，

基于硫化镍（NiS）的纳米结构：合成与性质

基于硫化镍的纳米结构具有显著的优异特征，在废水处理等领域具有广泛的应用前景，使其成为科学关注的理想材料。基于硫化镍的纳米结构具有窄带隙、强可见光吸收、可调电子性质、高效电荷分离和有利的能带结构，从而增强了其光催化性能。采用各种合成方法来修饰其

NiS纳米结构的光催化性能

近年来，光催化作为一种清洁、可持续和节能的技术，利用太阳能或人工光在催化剂表面引发氧化还原反应，得到了广泛的探索。光催化过程的实用性应用仍受到限制，原因在于其可见光响应差、光生电子-空穴对复合速度快以及表面活性位点有限。为克服这些缺陷，掺杂催化剂是

NiS驱动光催化的机理洞察

光催化过程利用光能破坏污染物分子中的化学键，将其转化为毒性较低的形式。光降解机理涉及两个主要因素，包括（1）污染物分子的吸附和（2）电荷分离——使用大于光催化剂带隙能量的辐射激发光催化剂，辐射照射到催化剂表面。这就是通过电子和空穴的形成来启动氧化还原过程的方式[150]

挑战与未来展望

载流子快速复合：NiS光催化材料的主要问题是载流子快速复合。电荷分离和迁移仅在高纯度的β相NiS晶体中得到加速。通过过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni和Cu）和碳基元素如氧化石墨烯（GO）、氮化碳（g-C₃N₄）、碳纳米管（CNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）进行掺杂。NiS掺杂后形成的异质结构导致带隙增大和

结论

本综述旨在理解先进硫化镍基纳米结构光催化剂的作用，它们代表了一种高效且成本效益高的替代方案，用于应对PCPs排放污染物所日益加剧的环境和健康问题。PCPs污染物持续排入水环境凸显了去除它们的迫切需求；传统污水处理厂去除不完全导致污染物累积、持久存在，以及潜在的内分泌干扰和

CRediT作者贡献声明

Gunjan Chauhan：指导，构思。 Urvashi Sen：初稿撰写。 Samarjeet Singh Siwal：审校与编辑，指导，构思。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢印度哈里亚纳邦阿姆巴拉穆拉纳马哈瑞希·马尔坎德什瓦尔大学（视同大学）化学系及研究与开发中心的支持。

Urvashi Sen|Gunjan Chauhan|Samarjeet Singh Siwal