Page 28 - 《精细化工》2023年第6期

·1178· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

述了近年来光催化降解水中微塑料的最新研究进 1 水中 MPs 光催化降解的热点与前沿分布
展，阐述其降解机理，讨论了微塑料种类、催化
剂种类及环境条件对光催化降解的影响，并对未 为明晰微塑料催化降解的研究动态，使用
来发展方向进行展望，旨在为今后该领域的研究 CiteSpace 软件对 2005 年至今的研究文献进行关键
提供参考。 词聚类和突现分析，结果如图 2 所示。

图 2 微塑料催化降解研究关键词共现图
Fig. 2 Key words co-occurrence diagram for research on catalytic degradation of microplastics

+
+
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可以看出，自 2008 年开始至今，水环境中微塑 激发，生成 e 和 h ，h 氧化有机物生成 CO 2 和 H 2 O
料的光催化氧化降解研究备受关注。其中，高频的 〔式（3）〕，还可以通过生成的•OH〔式（4）〕氧化
研究方向为光降解、光催化降解、二氧化钛催化剂、 有机物。
纳米复合催化剂；研究的微塑料类型主要为 PP、PE、
聚氯乙烯（PVC）。近年来的研究热点为光催化剂的
制备和催化机理的探索。

2 水中 MPs 光催化降解反应的机理

在自然环境中，光照可使塑料碎片氧化老化，
但自然降解效率低，在此基础上，光催化氧化技术
应运而生。引入光催化剂后，系统中产生更多活性
氧自由基（ROS），加速了 MPs 的降解 [30] 。
2.1 光催化剂的作用机理
光催化降解 MPs 机理示意图如图 3 所示，当入
图 3 光催化降解 MPs 机理示意图
射光的波长≥半导体的禁带宽度时，半导体被激发， Fig. 3 Schematic diagram of the mechanism of photocatalytic
–
处于价带（VB）上的电子（e ）迅速移动至导带（CB）， degradation of MPs
+
+
–
价带上留下一个空穴（h ） [31] 。h 和 e 都与半导体
h
Semiconductor  h + + e  （1）
表面的 O 2 和 H 2 O 发生反应，产生羟基自由基（•OH） VB CB
–
和超氧自由基（•O 2 ），这些具有强氧化性的自由基 h + VB +H O  OH+H + （2）
2
最终攻击 MPs 并导致聚合链断裂、支化和交联 [32] 。 h + VB +MPs  CO +H O （3）
2
2
短时间内微塑料会被腐蚀、变色、变脆、开裂，随  OH+MPs  CO +H O （4）
2 2
–
着时间的延长，塑料进一步被氧化生成醛和酮等小 第 2 种途径中，降解反应发生在导带处。e 与 O 2
[33] – –
分子有机物，直至完全矿化为 H 2 O 和 CO 2 。 反应生成•O 2 〔式（5）〕。•O 2 与水反应生成过氧自由
NABI 等 [34] 提出了引发光催化反应的两种可能 基（•OOH）〔式（6）〕，•OOH 进一步反应产生 H 2O 2
机理：第 1 个途径中，氧化反应发生在价带。当入 〔式（7）〕。H 2O 2 最终转变成•OH〔式（8）〕，生成的
射光波长（E）大于带隙宽度（E g ）时，半导体被 •OH 与微塑料发生氧化反应〔式（4）〕，导致其降解。