Page 34 - 《精细化工》2023年第6期
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·1184·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            易浮在水面，阻隔催化剂对光的吸收，其本身也难                             MPs 竞争 TiO 2 的活性位点，导致催化效果下降              [44] 。
            与催化剂接触，对活性基团的利用率较低；从尺寸方                            4.3.3   光照强度
            面分析，越小的颗粒，比表面积越大，越容易与催化                                光照强度通过改变光催化剂表面上的电子-空
            剂和活性基团表面接触发生氧化反应                 [61,76] 。此外，浅     穴对的分离和重组速率来影响光催化降解速率。LIU
                                                                                                          2
            色塑料对光的吸收弱，降解效果不如深色塑料                     [37] 。    等 [28] 在固相光催化降解研究中发现，用 2 mW/cm 的
            4.2   催化剂的影响                                       紫外光强度照射的 PE-针铁矿薄膜的失重率比用
                                                                       2
                 光催化剂的结构和投加量影响微塑料的降解效                          1 mW/cm 的紫外光强度照射的薄膜高 24%。
            果。掺杂 Cr 或 Mn 的 TiO 2 降解速率降低，而 V、
            Mo 和 W 掺杂的光催化剂促进了 PS 的降解                [77] 。掺    5   结束语与展望
            杂改性 TiO 2 对 PS 降解速率取决于其中锐钛矿的含
                                                                   MPs 作为新型持久性有机污染物在各种环境介
            量。随着煅烧温度的升高，使用 Mn 和 Cr 进行掺杂
                                                               质被高频检出，在中国污染尤为严重，成为人类健
            时促进了 TiO 2 晶体类型从锐钛矿转变为金红石，降                        康的“隐形杀手”。相比于微塑料的迁移和富集，探
            解速率降低      [51] 。此外，掺杂剂的用量会通过改变催
                                                               究高效的降解技术尤为重要。光催化降解 MPs 在实
            化剂粒径、比表面积、晶型和掺杂剂离子的位置影
                                                               验室程度上证明为绿色、可行的方案，虽然在短时
            响光催化效率。在催化剂的设计上，大的比表面积
                                                               间内不能完全矿化，但大量的研究结果表明光催化
            和窄的禁带结构能够表现出更好的催化效果，禁带                             过程中产生的中间产物和副产物比自然光解毒性
            宽度越窄对光的响应范围越大              [42] 。
                                                               低。由于塑料本身的疏水性，光催化降解的研究主
                 光催化剂投加量与催化效果并不是成正比关
                                                               要集中在固相环境中，在水环境中的光催化去除研
            系。初始光催化反应速率与催化剂的投加量成正比，                            究较少。因此，反应器的设计与优化也是亟待解决
            但随着投加量的增多，降解速率显著减慢。LEE 等                    [44]
                                                               的问题，可通过研究过滤式催化剂固载反应器，使
            的研究表明，光照会使微塑料发生光氧化反应，表
                                                               截留的塑料颗粒与催化剂在水中固相催化降解。
            面皱裂、形成孔洞，进一步与催化剂接触发生光催
                                                                   吸附饱和是光催化反应中的一个重要条件，而
            化反应；随着催化剂投加量增多，光催化剂在微塑
                                                               现有的研究中微塑料颗粒与催化剂表面电荷相斥，
            料表面堆积，浪费了大量催化活性位点，也阻碍了
                                                               是催化效果不理想的原因之一。已有研究将金属有
            光和活性物种与微塑料的接触。
                                                               机框架结构（MOF）用于对微塑料的吸附去除。基
            4.3   反应条件的影响
                                                               于此，MOF 和相似的共价有机框架结构（COF）及
            4.3.1   温度
                                                               碳化氮（CN x ）均可用于光催化降解的研究。成熟
                 不同 MPs 的特性不同，光催化降解效果受温度                       的微塑料降解光催化剂集中在 TiO 2 和 ZnO，但局限
            的影响不完全相同。ARIZA-TARAZONA 等               [62] 的研
                                                               在紫外光范围内，高效的可见光催化剂仍是未来研
            究表明，磨砂膏中 HDPE 在低温（0  ℃）下颗粒变                        究的主要方向之一，例如：能够抑制光生载流子复
            得更加细小，更容易与 TiO 2 相互作用。TOFA 等                [35]
                                                               合的高熵合金、钙钛矿型催化剂等。
            发现，随着温度降低，LDPE 薄膜弹性降低，催化
                                                                   目前，对 MPs 光催化降解的探究主要集中在实
            效果增强。温度影响光催化效果的机理是低温促使
                                                               验室的理论与模拟研究，对微塑料以及降解的中间
            微塑料变脆、破碎，比表面积增大，提高了与催化
                                                               产物缺乏统一的定性、定量标准，与实际应用还有
            剂以及活性基团作用的几率。相反的是，在 PVC 降                          一定的差距。需建立统一的化学、物理表征方法，
            解过程中，升温有助于脱氯和提高降解效率                     [26] 。     对真实环境中 MPs 的降解做出全面的分析，为应用
            4.3.2  pH
                            +
                 低 pH 将 H 掺入系统中，通过改变催化剂和                       提供基础。此外，现有的单一技术成本高昂或无法
                                                               使 MPs 完全矿化，多项技术联用也将是未来的发展
            MPs 的表面特性，加强催化剂纳米颗粒与 MPs 的相
            互作用，促进降解。 ALLÉ 等          [64] 发现，在低 pH（4~6）       趋势。
            下光催化废水中 PMMA，降解率约为 50%，降解速                         参考文献：
            率更快。ARIZA-TARAZONA 等          [63] 的研究也验证了         [1]   EBRAHIMBABAIE P, YOUSEFI K, PICHTEL J. Photocatalytic and
                            +
            这一结论，大量 H 存在下，TiO 2 表面带正电，PMMA                         biological technologies for elimination of microplastics in water:
                                                                   Current status[J].  Science of the Total Environment, 2022, 806:
            表面带负电，二者相互吸引；同时在 pH 为 3 时，                             150603.
            TiO 2 纳米颗粒光催化剂的电势较高，不容易团聚，                         [2]   PHAM T H, DO  H T, PHAN T L  A,  et al. Global challenges in
                                 +
            催化效率得以提升；H 也会进入微塑料表面，促进                                microplastics: From fundamental understanding to advanced
                                                                   degradations toward sustainable strategies[J]. Chemosphere, 2021,
            其降解。而 pH 低于 3 时，引入的阴离子增多，会与                            267: 129275.
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