CREST | 广东工业大学杨志峰院士团队：光催化技术缓解水环境中微塑料污染

导读

广东工业大学杨志峰院士团队韩兰芳老师课题组在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“水环境中微塑料的光催化降解——催化剂性能、机制与生态风险（Photocatalytic strategy to mitigate microplastic pollution in aquatic environments: Promising catalysts, efficiencies, mechanisms, and ecological risks；Published online: 13 May 2022）”的重磅综述。

微塑料（MPs）作为一种新兴污染物广泛赋存于水环境中，破坏生态环境甚至威胁人类健康。2021年9月我国国家发展改革委、生态环境部联合印发《“十四五”塑料污染治理行动方案》中进一步将塑料污染治理作为工作重点之一。降低环境中MPs污染势在必行。在众多MPs污染控制技术中，光催化因其条件温和，成本低，且能源来源于太阳能等优势受到研究者广泛关注。本研究从评估MPs降解参数、技术路线以及所引发的生态风险三个层面出发，通过总结和梳理光催化MPs降解材料、关键机制以及可能协同反应的研究进展，以期为光催化降解MPs污染物提供新的见解，并进一步讨论了未来研究的方向。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

研究发现，MPs的降解伴随着质量和粒径的减小、官能团的改变（如羰基）和中间产物的生成，继而可能引发一系列生态风险（图1）。虽然目前国际上对于MPs的降解没有统一指标，但是在评估MPs降解性能时，通过对多种降解参数的分析能有效反映MPs的降解速率。

光催化降解MPs的效率主要依赖于材料设计、反应体系构建、反应器开发等方面。例如，通过金属负载，表面修饰，结构调控等手段提升光催化材料载流子的分离与迁移，增加活性氧的生成从而实现降解速率的提高。在反应体系构建过程中，通过对材料光生电子-空穴的利用，实现在降解MPs同时进行光催化水分解或二氧化碳还原等反应，从而达到环境治理与能源利用的双重效果（图2）。

图2 光催化降解MPs关键机制与协同反应

光催化降解MPs的关键机制主要包括光催化材料结构分析、活性氧生成和反应路径解析等。区别于自然环境中MPs的光老化，光催化过程中由于光催化剂的加入，导致活性氧的生成速率加快且过程多元化，无需MPs自身的参与，有效加快MPs的降解。同大多数聚合物分解路线一样，MPs降解也包括链引发-链传播-链终止过程。通过GC-MS和2D-COS等技术对MPs降解过程中中间产物的分析，并结合对材料结构和活性氧生成解析，可有效建立光催化材料与MPs降解性能的构效关系，并解析MPs降解的反应路线。

图3 光催化降解MPs相关的生态风险

自然环境中MPs分解以及老化所带来的生态风险在光催化降解过程中可能同样存在。光催化降解MPs可能的生态风险主要来源于未能回收的光催化剂与MPs两方面。例如，MPs在降解过程中会促进添加剂，金属等污染物向环境介质释放，并且其降解后表面性质变化可能作为其他污染物的载体，增加污染物在环境介质中的迁移。光催化材料的多元化也可能引发一些有毒有机化合物与重金属的释放，对水生环境造成污染。因此，光催化降解MPs所带来的生态风险值得进一步关注。

总结与展望

作者从光催化角度出发，对MPs降解的参数、材料、机制以及生态风险等进行了综述。在光催化降解MPs方面，尽管现有研究已取得一定进展，然而在该领域的研究还远远不够，我们为未来的研究提供一些建议，包括催化剂设计应更加注重增进MPs吸附，光吸收等以提高MPs降解速率；机制探索可通过活性氧生成与降解途径解析出发，结合理论计算，建立MPs光催化降解的过程路线；同时，构建协同反应体系以满足降解MPs的同时实现产物回收或能源利用，从而实现光能的充分利用；此外，在光催化MPs降解过程中，应充分考虑自然环境中的环境因子（溶解性有机质，微生物，流速等）和MPs自身性质（粒径，表面官能团等）所带来的影响。

作者简介

第一作者简介：

何结红，博士，现为广东工业大学博士后，担任Frontier in Chemistry评审编辑，主要从事微塑料等新污染物修复、环境功能材料研发与环境光催化反应设计等方面的研究工作。在Applied Catalysis B: Environmental、ACS Applied Materials & Interfaces等知名期刊发表论文8篇。

通讯作者简介：

韩兰芳，博士，广东工业大学“青年百人计划”A+层次人才，生态环境与资源学院暨环境生态工程研究院特聘教授，硕士生导师，中国科协“青年人才托举工程”入选者。担任Frontiers in Soil Science期刊评审编辑、《地球化学》青年编委、American Chemical Society （ACS）会员、Environmental Science & Technology等环境领域主流学术期刊审稿人。主要从事天然有机碳以及生物质碳和微塑料等人为有机碳的环境地球化学行为方面研究工作。在Environmental Science & Technology、Critical Reviews in Environmental Science and Technology、Soil Biology & Biochemistry等环境领域权威期刊发表论文70余篇。

|供稿：广东工业大学杨志峰院士团队

|编排：曾镜羽

点击下方蓝字阅读原文

环境科技评论CREST

回溯展望·美丽世界

公众号投稿、合作：[e-mail] 

往期推荐