微塑料降解和塑料回收的策略

微塑料(MP)被定义为直径小于5mm 的塑料碎片被认为是一种新兴的环境污染物，由于其对生物的潜在不利影响而受到巨大的关注。根据他们的来源，议员分为初级和中级议员。如图1所示，主要的 MP 是针对特定应用而设计和生产的塑料颗粒，如普遍应用于个人护理产品或合成纺织品的微型塑料微球、碎片和微纤维。

相比之下，次级 MP 是无意中通过光解、磨损和/或微生物分解逐渐破碎管理不善的塑料废物而形成的。无论是有意还是无意，在空气、水生系统、河流和海洋沉积物以及土壤中都检测到形状各异的 MP，包括珠子、泡沫、纤维和薄膜。MP 的快速释放及其复合的高抗降解性导致了这些颗粒在自然环境中的快速积累。

据预测，到2025年，海洋中累积的塑料碎片总质量可能增加到约2.5亿公吨，比2010年高出一个数量级。由于金属蛋白酶的轻小特性，使其在环境中随风和水的流动而易于运输。因此，在世界各地都发现了议员，他们既接近人类居住地，也在远离人类活动的偏远地区。长期接触 MP 后，可引起包括生殖受损和营养不良在内的慢性中毒，对生物区系和人类构成威胁。

此外，由于 MP 的比表面积相对较大，重金属和持久性有机污染物(POPs)容易粘附和积累在 MP 表面，然后迁移到环境中。据报道，吸附在 MP 上的持久性有机污染物的浓度可能比环境中的浓度高10。因此，这些有害持久性有机污染物在食物链中的进一步转移和积累会对人类健康造成严重的潜在威胁。国会议员的担忧程度如此之高，以至于全球各国政府都在立法反对产生初级国会议员。

图1 生成 MP 的途径和构建 MP 自由环境的概念。a） 初级 MP 的产生。b） 塑料产品的使用寿命结束。c） 产生二次 MP 塑料废物。d） 现有环境 MP 的化学降解。e） 合理的塑料废物管理，以减少主要来源的 MP 产生。

在以前的研究中，研究人员主要关注于了解 MP 在自然环境中的角色塑造，尤其是在海洋和土壤中，以及它们对生物健康的影响。考虑到 MP 的快速积累和这些污染物在环境中的严重污染，开拓性的研究人员开始强调制定有效策略以减轻 MP 污染的重要性。尽管研究人员已经发现传统技术在实际应用于除去议员方面的不足，但审查大多侧重于总结传统的物理方法，而不是讨论潜在的替代方法及其挑战。

与此同时，环境中管理不善的塑料废弃物也值得考虑，因为它们可以降解并逐渐分解成 MP。通过废水处理厂（WWTP）进行物理分离仍然是去除 MP 的主要机制。不幸的是，物理分离产生的污泥经常被回收用于填埋场或农业应用，导致 MP 重新进入水系统。以北美农业污泥为例，每年有4.4 × 104 ~ 3.0 × 10⁵吨的污泥回收到环境中。

随后，MP 可以通过土壤侵蚀或地表径流再次进入水系统。因此，新兴的永久降解和去除 MP 的方法对于修复环境至关重要。因此，迫切需要审查最近的先进技术转化为无毒物质或回收塑料废物成为有价值的产品。

另一方面，研究人员证实了垃圾填埋场和环境中的塑料废弃物是塑料废弃物在风化、光照和微生物等条件下释放的潜在来源。不幸的是，由于目前的回收方法成本高、生产力低，只有不到9% 的塑料废物得到回收利用。因此，开发高效、绿色的塑料废弃物催化转化为有价化学品的方法具有重要意义，因为它不仅可以防止 MP 的释放，而且可以回收塑料工业的原料。

总之，这两个战略通过消除环境中存在的议员和防止从重要的潜在来源产生议员，共同为创造一个绿色和可持续的无议员环境做出了贡献。

在这项关键审查中，我们采用整体方法来管理、减轻和补救 MP 保护免受环境影响。

首先，我们重点介绍了将 MPS 转化为环保产品的最新创新，并揭示了它们直接减轻对生物体的潜在健康风险的潜在机制和挑战。

其次，我们专注于塑料废弃物的回收策略，这对于通过可能产生新的精细化学品或燃料来抑制二次 MP 的释放非常重要。新的催化方法，如光催化、催化高级氧化 （AOP） 和生物降解（酶催化），为将 MP 和塑料废料转化为无毒产品或有价值的产品（单体、燃料或其他增值精细化学品）打开了大门。先进的催化剂设计对推动这些方法的发展具有重要意义，可以进一步优化产物的选择性、转化率和反应速率。

本次审查的总体目标是激发绿色高效的 MPS 减排和塑料废弃物回收催化策略的创新，以全面构建无 MPS 的环境。

总结了目前从环境中消除微塑料的技术，并强调了实现这一目标的两个关键方面: 1)微塑料催化降解成环境友善有机物(二氧化碳和水) ;2)催化回收和循环利用塑料废物成为单体、燃料和有价化学品。讨论了这些方法的机理、催化剂、可行性和面临的挑战。光催化、高级氧化和生物技术等新型催化方法是将微塑料和塑料废弃物转化为环境友好和有价值的产品的有希望和环境友好的候选方法。

今后，应进一步开发环境友好的方法，使塑料在温和条件下高效、高选择性、低成本地催化转化为有价值的产品。

1.Chen, J. Wu, P. C. Sherrell, J. Chen, H. Wang, W. Zhang, J. Yang, How to Build a Microplastics-Free Environment: Strategies for Microplastics Degradation and Plastics Recycling. Adv. Sci. 2022, 9, 2103764. https://doi.org/10.1002/advs.202103764.