引 言
本文综述了太阳能驱动微塑料改造的最新进展。文章讨论首先强调了微塑料引起的环境污染的有害影响，然后总结了旨在减轻这一问题的传统升级回收技术中最具代表性的方法。将通过提供与微塑料光重整相关的潜在机制、反应程序和实际考虑因素，系统地探索光重整作为微塑料升级回收的一种有前途的替代方法。此外，概述了现有的挑战和潜在的研究方向，可以显著推进这一领域。本文综述了光转化作为解决微塑料危机的可持续解决方案的可行性，旨在为该领域的进一步发展提供实践指导和研究方向。
微塑料污染和清除策略
塑料微粒危机
图1a - 英国海滩沉积物中的微塑料种类：
通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析英国海滩的沉积物，研究发现这些沉积物中存在九种常用于包装、绳索和衣物的小型聚合物。这表明较大塑料物体的碎片化是微塑料的主要来源，揭示了微塑料广泛分布于环境中的事实。
图1b - 海洋环境中微塑料的分布：
不同密度的微塑料在海洋中的分布存在显著差异。低密度塑料如聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）在海面上最为丰富，而这些塑料在潮间带和潮下带的相对丰度减少。相比之下，密度较高的塑料（如聚酯、聚酰胺和丙烯酸类）在海水中的丰度增加。这反映了塑料的密度对其在海洋环境中的分布影响。
图1c - 北极和欧洲的雪样本中的微塑料含量：
在北极和欧洲，包括人口稠密的巴伐利亚和人烟稀少的阿尔卑斯山，均检测到微量的微塑料废物。尽管北极地区的微塑料浓度较低，但在特定的冰块中检测到的微塑料废物数量却与城市地区相当。这表明，微塑料的空气传播可能是全球环境污染的重要因素，甚至影响到偏远的极地地区。
图1d - 微塑料对海洋生物和人类细胞的影响：
不同大小的聚苯乙烯（PS）珠对海洋生物（如桡足类动物日本拟虎螨）的繁殖能力有不同的影响。较小的PS珠对繁殖能力影响较小，而较大的PS珠显著降低了繁殖能力。此外，微塑料对人体细胞的潜在毒性也得到了验证，这表明微塑料对生物体的毒性可能因其尺寸而异，并且需要进一步研究其对人类健康的长期影响。
传统升级回收技术及
当前挑战塑料微粒危机
微塑料废物的热解通常在300到900°C的温度范围内进行，产生合成气和塑料衍生油（PDO）。热解过程通常包括物理预处理、热解反应和产品分离。物理预处理阶段包括干燥、研磨和去氧等步骤，以为随后的热解创造合适的条件。
图2a - 热解过程示意图：
图2a展示了热解过程中的物理预处理、热解反应及产品分离步骤。物理预处理包括干燥、研磨和去氧等步骤，为后续的热解反应创造合适条件。热解过程根据加热速率分为慢速和快速热解，前者能够更好地管理热量传递和产品收集，而后者则产生更高比例的液态油。
图2b - 气化反应器类型比较：
图2b展示了两种用于塑料气化的反应器类型：流化床反应器（左）和喷动床反应器（右）。流化床反应器因其高效的热传递和均匀的颗粒混合而常用于塑料气化，但在处理小颗粒尺寸的微塑料废物时存在挑战。相比之下，喷动床反应器具有快速热传递、均匀混合和通过循环固体流动促进流化的优点，但因挥发物停留时间较短而限制了焦油裂解反应。
微塑料的光重整
在光重整过程中，有机氧化反应通常不直接作用于聚合物本身，而是主要针对通过预处理从聚合物中衍生出的单体、低聚物和其他有机底物。为了提高微塑料上循环的效率，通常需要进行预处理步骤，以促进催化剂与底物之间的相互作用。常见的化学预处理方法包括碱性或酸性水解，其中碱性水解在提高聚合物溶解度的同时，可能会因碱性条件对催化剂的腐蚀性而降低整体反应效率。
在光重整过程中，识别水解产生的中间体至关重要，因为它们决定了后续反应的实际底物。研究表明，不同聚合物在水解后会生成特定的低聚物或单体，但并非所有这些产物都参与光重整反应。例如，PLA水解主要生成乳酸钠，而PET水解生成对苯二甲酸盐和乙二醇。然而，只有某些成分，如聚氨酯水解产生的脂肪族成分，才会有效地参与光重整。因此，全面理解这些水解产物的化学性质，对于优化光重整过程至关重要。
微塑料光重整的最新催化剂
近年来，通过改进光催化剂的结构和成分，光重整技术在微塑料转化方面取得了显著进展。碳氮化物（CNx）因其稳定性和可操作性成为主要研究对象。研究表明，氰胺功能化的碳氮化物催化剂（NCNCNx|Pt）和二元及三元金属复合催化剂（如NixCo1−xP/rGO/CN）在不同聚合物的光重整中表现出更高的氢气生成效率和更广泛的有机产物生成。此外，通过优化电子传输路径和减少电荷复合，这些改性催化剂显著提高了光重整的效率，并扩展了该技术在实际废物材料转化中的应用范围。
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结 论
综上所述，本文为微塑料光转化领域的研究人员提供了全面的指导。如方案3所示，与传统的塑料升级回收方法相比，介绍了光重整的发展概况。详细讨论了导电光重整的实际应用及其机理。全面回顾了用于光重整的最先进的光催化剂，并讨论了导致其成功的设计策略。还指出了该领域面临的挑战，特别是在产物分离和催化剂稳定性方面。需要进一步的研究工作来开发更高效、稳定和选择性的微塑料光转化催化剂。
此外，探索光重整与其他碳中和技术(如CO2RR)的整合，可以为微塑料升级回收提供可持续和环保的解决方案。总之，这篇综述强调了光重整作为缓解微塑料危机的一种有前途的方法的潜力，并为该领域的未来研究提供了路线图。
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