微纳功能材料在环境治理中的应用

路建美

（苏州大学材料与化学化工学部，江苏苏州215123）

近年来，随着工业和经济的迅猛发展，环境污染问题已引起人们的广泛关注，成为仅次于医疗、就业和收入差距问题之后的第四大主要问题[1]。其中，由溢油、重金属废水排放和化学试剂泄漏引起的水污染问题[2]，以及汽车尾气的排放、化石燃料的不充分燃烧，工厂废水废气的排放，家具、涂料等装修材料的使用引起的空气污染问题[3]，给人们的身体健康和日常生活造成了严重的危害。例如，在2010年的“深水地平线”石油事故中，约有490万桶原油泄漏到墨西哥湾，对重要的动物栖息地造成了严重破坏[4]。1964年的日本哮喘事件中，由于工业废气排放污染，烟雾连续三天不散，致使哮喘病患者死亡，到1972年，全市已有哮喘病患者871人，死亡11 人，对人们的身体健康造成了严重危害。尽管吸附技术、膜分离技术以及等离子体技术等各种方法已被广泛采用[5]，然而，时间和空间的限制以及对环境的二次污染仍然限制了它们在环境领域中的应用。因此，仍然迫切需要有效的策略来处理这些环境污染问题。

微纳米材料具有优异的化学和物理特性，已经在环境领域进行了广泛的研究，并显示出巨大的潜力，例如较大的比表面积、超湿性、较好的热稳定性和导电性等[6]。通过改性低成本商业材料制造的吸附材料，例如活性炭、沸石、高分子树脂、聚氨酯海绵、三聚氰胺泡沫和改良后的纤维吸附材料等，由于比表面积大、吸收速率高、效果好等优点常被用于治理水溶性污染物和空气污染[7]。但由于吸附量极易饱和，致使材料更换频繁，且吸附饱和后锁不住污染物，成为危废面临二次污染，这些缺点严重阻碍了它们在环境治理中的应用。因此，开发新型多功能微纳米材料已成为全球关注的重要问题，并引起了广泛的关注。许多研究人员已经通过组合功能不同的微纳米材料来制备用于处理环境问题的新型多功能复合材料[8]。

微纳米复合材料表现出比单一材料更好的性能，例如超湿性、更高的吸附能力和催化活性、更好的稳定性、更快的反应速率等，使得这些微纳米复合材料更适用于对环境污染的治理[9]。在这里，本文概述了微纳米吸附材料以及相应的复合材料在环境治理中的应用，例如油水分离，废水中重金属离子的吸附和降解，空气中一氧化碳、甲醛、氮氧化物、硫化氢等废气的吸附和催化。此外，简要讨论了其研究趋势和未来前景。

1 吸附材料

1.1 无机吸附材料

无机吸附材料由天然、改性及合成无机吸附材料三类组成，具有成本低、来源广等优点[10]。近年来，由于纳米技术的快速发展，无机纳米材料在环境修复中得到了广泛的应用。此类纳米材料比表面积大，反应活性高，是处理废水废气的优良吸附剂和催化剂。其中，最为常用的吸附材料为碳基和硅基类材料，具有高的孔隙率、表面易修饰特点，使其可以大大提高对污染物的吸附性能。此外，还可与一些具有增强氧化还原和光催化性能的无机纳米材料（如贵金属纳米颗粒、过渡金属氧化物和氮化碳等）进行复合，用于吸附降解废水废气中的污染物。

1.1.1 碳基吸附材料

碳纳米材料，包括生物炭、多孔纳米炭材料、碳纳米管、石墨烯等，由于其独特的可调节特性，已被广泛研究以发现其在环境领域中潜在的应用价值。

生物炭是具有非晶结构的高度多孔的富碳聚合物，污水污泥因其有机物含量高而适合生产含碳吸附剂。如Guo等[11]将市政污水污泥通过硫酸化学活化然后碳化而制得由污泥衍生的生物木炭（SDBC），并通过优化浸泡比例、时间等因素，使生物木炭对水中的Cr(Ⅵ)表现出了极好的吸附性能。

多孔纳米炭材料通常为大孔和中孔结构，具有高的孔隙率和表面积，有利于污染物的吸附，因此被广泛用于废水污染的治理。如Ling等[12]考察多孔炭材料对苯酚的吸附能力，发现比表面积和孔体积的变化，对其去除废水中苯酚的性能有着显著的影响。

碳纳米管（CNTs），1991 年由Iijima[13]首次发现。从那时起，CNTs 由于其独特的理化特性而成为了研究的焦点。两年后，1993 年，Iijima、Ichihashi 和Bethune 等[14]使用电弧放电法和金属（铁和钴）作为催化剂发现了较小直径的单壁碳纳米管（SWCNTs）。由于其独特的机械、热、电和光电特性，而被称为“21世纪材料”[15]。此外，对吸附材料进行表面改性以增强吸附材料的表面积，进而增强其吸附能力也是常用手段，例如，Chin等[16]将水中的邻二甲苯和对二甲苯用作模型吸附物，利用硝酸对SWCNTs 进行表面改性，可以发现，改性后的纳米管明显增加了该吸附材料的内表面积，从而极大改变了SWCNTs对邻二甲苯的吸附。

此外，与传统的含碳吸附剂（如活性炭）相比，碳纳米材料可以克服许多固有的局限性，如表面活性中心密度低、吸附键活化能低、非均相体系中的慢动力学和非平衡吸附以及吸附剂表面的传质速率低等。当碳纳米材料用于去除水溶液中的有机物时，由于其具有高比表面积、可控的孔径分布和表面活性中心，在较宽的pH 范围内表现出更高的平衡速率、较高的吸附容量和有效性[17]。

有机污染物与碳纳米材料之间的相互作用可分为疏水作用、氢键、共价和静电相互作用。与传统纳米材料和活性炭相比，电子极化率或电子给体-受体（EDA）相互作用决定了碳纳米材料的高平衡速率[18]。Yang 等[19]的工作比较了不同尺寸的C-60、nC-60 纳米颗粒、SWCNTs 和MWCNTs，证实了这一结论。

石墨烯，自2004 年被发现以来，由于其独特的导热性、导电性、良好的生物相容性和优异的力学性能，被广泛应用于环境、能源等领域[20]。近年来，石墨烯泡沫（GF）可以通过化学气相沉积法以及化学或热还原氧化石墨烯（GO）的方法制备，由于其多孔结构，大的比表面积和疏水性，在废水处理和水净化方面被广泛研究[21]。Kim 等[22]报道了一种用化学还原法制备的三维石墨烯泡沫，用于去除水溶液中的有机染料（亚甲基蓝和罗丹明B）。由于强烈的阴离子-阳离子相互作用和π-π 堆积，rGO泡沫表现出出色的化学吸附性。为了进一步研究其实用性，用细菌细胞研究了泡沫净化后水溶液中的毒性，结果表明，在净化后的水溶液中，细菌细胞可以生长，从而表明其对水中有机染料的去除是成功的。Cheng 等[23]制备的石墨烯海绵（GSs），由于具有可调控的孔结构、较大的比表面积和优异的力学性能，使其具备了较高的吸附能力，可用于去除多种水污染物，如有机染料、油和有机溶剂等。Huang 等[24]以琼脂糖作为稳定剂和交联剂，成功合成了由二维石墨烯组装而成的石墨烯海绵（GSs）。由于石墨烯片和琼脂糖之间存在氢键和π-π 堆积相互作用，使得GS 对污染物孔雀石绿具有极高的吸附率（242mg/g）。同样，Duan等[25]以多巴胺为还原剂和表面功能化剂对石墨烯进行表面改性并形成水凝胶（GH）。由于聚多巴胺和GO 膜表面均含有丰富的氧官能团（—O-和 COO-），在3～6的pH下，由于静电吸附作用，GH显示出对重金属离子极高的吸附能力。

由于GO 在自组装成rGO 泡沫时，水热处理后可以使石墨烯表面的含氧官能团大大降低，因此rGO泡沫具有良好的疏水性。多孔且疏水的rGO泡沫在去除水中的油脂和有机溶剂时表现出良好的性能。例如，Ruoff 等在180℃下将GO 溶液热处理24h，成功合成了可塑性海绵状石墨烯（SG），其具有良好的疏水性（水接触角达到114°）及较大的比表面积（432m2/g）。由于具备这些特性，其对各种常见的油和有机溶剂表现出较快的吸附速率和较高吸附容量（是自身质量的20～86倍）。更重要的是，由于其优异的热稳定性，SG 可以通过热处理法释放吸附物以达到循环利用的目的。Chen 等使用发酵的方法制备了石墨烯泡沫[26]。首先通过流向组装法[图1(a)]制备了一个独立的氧化石墨烯层状膜，然后在水合肼的辅助下进行热处理，得到石墨烯泡沫，其具有开放的多孔结构，孔径从亚微米到几微米不等[图1(c)]，而且具有良好的憎水性和毛细管作用，对油和有机溶剂的选择性吸附至关重要。如图1(d)所示，泡沫快速且彻底地去除了浮在水面上的油。此外，该泡沫具有较好的可重复使用性和再生能力。图1(e)显示，经过10 次吸附-脱附循环试验后，石墨烯泡沫的吸附容量保持不变。

上述主要介绍了碳材料对于废水的处理。此外，研究发现，碳材料对于环境中的废气同样具有较好的吸附性能。如Reid等[27]研究发现，相比于活性炭材料，多孔炭材料对于挥发性有机物（VOCs）有着较好的去除作用，这主要是因为在高温条件下，会促进VOCs 进入吸附剂的孔中。而且在高温范围内，可能在VOCs 与碳质吸附剂之间会发生相互作用从而引起化学吸附。因此，多孔炭材料不会因为温度的升高而降低对VOCs 的吸附能力。而Grate 等[28]研究了单壁碳纳米管作为吸附材料用于有机废气的吸附。研究发现，与以前广泛使用的Tenax 多孔聚合物材料相比，在不同温度下，单壁纳米管对从填充塔中释放出的蒸气（如甲乙酮、甲苯和甲基膦酸二甲酯等）的保留力更高，对有机蒸气具有显著的亲和力。

石墨烯及其衍生物在处理含有重金属、染料、有机或无机污染物的废水方面表现出优异的性能。研究发现，其在有毒气体的吸附方面也具有较大的潜力。耐水性能是影响气体吸附剂商业应用的最关键因素之一。由于GO 表面存在大量的含氧官能团，因此具有很强的亲水性，所以对于VOCs 等污染气体的吸附会受到水蒸气的影响。因此除去其表面官能团对于提升GO 的吸附性能具有较大的影响。例如，Bai等[29]制备了还原氧化石墨烯（rGO）/碳复合超细纤维，在碳化过程中，GO通过H2被还原为rGO，同时除去了其表面的含氧官能团，使其对VOCs污染物表现出了较好的吸附能力。

图1 rGO泡沫

1.1.2 硅基吸附材料

一种优秀的吸收剂不仅要有大的比表面积，而且要具备有序的、开孔的结构，在吸附和再生的过程中，具有可用的吸附位点和更强的机械和化学稳定性，经过酸碱处理后不会破坏其结构。与碳材料相比，二氧化硅纳米材料，是由硅原子和周围的四个氧原子构成的网络结构，除了具有高比表面积、低成本、明确的纳米结构、出色的机械和热稳定性等优点之外，还具有一定的吸附位点、硅烷醇基团（Si OH）等，使其常常被用在环境修复领域中。

介孔二氧化硅于20 世纪90 年代初被首次发现，从此扩大了沸石的应用范围。随着纳米技术的发展，人们制备了各种类型的介孔二氧化硅纳米粒子，并用于催化、分离、离子交换、分子筛和吸附等过程中[30]。介孔二氧化硅纳米颗粒由于具有比表面积大、孔径和孔型均匀等优点，在废水处理领域得到了广泛的关注。孔径在2～5nm 之间的二氧化硅纳米颗粒有二维六方晶系p6m 结构的MCM-41、三维立方Ia3d 结构的MCM-48 和层状p2 结构的MCM-50。孔径在6～20nm之间的硅材料有二维六角形p6mm 结构的SBA-15。还有人报道了其他具有大孔的3D立方二氧硅材料，如IBN-2（Fm3m）[4]。

近十年来，MCM-41沸石作为吸附剂，通过物理吸附或化学改性后的化学吸附，可用于废水中的重金属离子的吸附。与MCM-41 相比，SBA-15 具有更大的可调节孔（5～30nm），使得靶向吸附质更容易进入二氧化硅纳米粒子的内表面。由此导致了快速动力学和非平衡吸附，并且SBA-15显示出比MCM-41 二氧化硅更高的吸附容量。此外，SBA-15 的孔壁的厚度（约4nm）可以保证其机械稳定性。

虽然与传统吸附剂（如活性炭）相比，介孔二氧化硅具有较大的比表面积和独特的孔结构，是一种很有前途的吸附剂，但由于其表面官能团的缺乏，极大限制了其吸附应用，特别是在需要高吸附选择性和高吸附容量的情况下。介孔二氧化硅表面的化学改性是克服这一缺陷的一种很有前途的方法。通过十二胺和3-氨基丙基三甲氧基硅烷等功能性有机小分子修饰改性介孔二氧化硅表面，即可用于去除水溶液中的染料和重金属离子（如Cu2+、Cd2+、Pb2+和Hg2+等）[31]，而且发现改性后的二氧化硅明显提升了其吸附性能。

此外，其在吸附室内空气中挥发性有机污染物（VOCs）方面也有着较好的性能。例如，Zhao等[32]通过实验得到MCM-41、沸石和活性炭三种材料对VOCs 的吸附等温线。结果表明，与活性炭的性能相比，由于MCM-41的Ⅳ型等温线特征，使其对低蒸气压的VOCs 的吸附能力较低，而对高蒸气压的VOCs 的吸附能力较高。此外，可以在较低的温度（50～60℃）下从MCM-41中解吸VOCs，而对于沸石和活性炭，则必须在较高的温度（100～120℃）下进行解吸。

1.2 有机吸附材料

有机吸附材料分为天然、天然改性及合成三种类型，其中天然有机吸附材料有诸如玉米秆、稻草、木屑、树皮、花生皮等，它们可以从水中除去油类和与油相似的有机物，具有廉价、无毒、易得等优点，但吸附量极低，对黏度较高的油品吸附能力有限且再生困难。天然有机吸附材料起到吸附作用的是纤维素和木质素，它们是交叉立体的三维网络空间大分子聚合物结构，并且结构单元中存在着芳香基、羟基、羰基、甲氧基、共轭双键以及酚羟基等化学功能基团，天然改性有机吸附材料则是通过对这些基团进行适当的改性，从而提升天然有机吸附材料对不同有机物及重金属离子的吸附能力。有机合成吸附材料属于高分子合成树脂的一种，目前已经形成了高吸水高分子材料、高分子吸油树脂及高分子金属螯合树脂几大类型，由于其分子结构可设计、吸附量高、选择性好、产品类型丰富以及可再生，高分子吸附材料最近几年得到了迅猛发展[10]。本文重点对纤维素类、树脂类、聚氨酯海绵以及三聚氰胺泡沫吸附材料进行讨论。

1.2.1 纤维素类吸附材料

纤维素是来自于天然有机吸附材料，是地球上最丰富的有机聚合物。它可以从木浆、棉花、大麻和某些细菌中获得，自1838 年被发现以来已被广泛使用。通常，化学改性的纤维素对各种水污染物的吸附能力要高于它本身，许多化学修饰剂已用于纤维素修饰，包括无机酸和有机酸、碱、氧化剂、有机化合物等[33]。Mohand Said Ouali 小组在碱性条件下，将纤维素与琥珀酸酐在甲苯中进行异质酯化反应，成功制备出琥珀酰化纤维素（SC），再用饱和NaHCO3水溶液对SC进行碱处理，使游离羧酸基团脱质子。对所得的钠盐材料（NaSC）进行批处理实验，以检查其在蒸馏水和加标地下水中的去除镉的能力。结果表明，NaSC 材料在两种水环境下去除镉能力都非常优异，最大吸收量分别为185.2mg/g 和178.6mg/g[34]。Zhao 小 组[35]制 备 的 顺 丁烯二酸酐改性的纤维素对碱性染料如甲基蓝和甲基紫具有很高的去除能力，并且在最佳条件下具有很高的去除效率（高达97.5%）。Zhou 小组[36]提出了一步气固反应制备具有任何形状和尺寸的疏水性纤维素材料的方法，图2即将纤维素材料完全暴露于反应性有机硅烷蒸气中使其具有疏水性，他们选取滤纸作为典型的纤维素材料，利用全氟辛基三乙氧基硅烷（PFTS）对滤纸进行疏水改性，与原始滤纸相比，全氟辛基三乙氧基硅烷改性滤纸纤维（SFP）的理化特性得到了显著改善。它已成功应用于分离一系列油/水混合物，分离效率超过99%，即使经过30 个重复使用循环，流量和分离效率仍然很高（氯仿/水混合物为99%）。

1.2.2 树脂类吸附材料

树脂是一种热门的吸附材料，因为它具有丰富的官能团（羟基、氨基等），可以通过氢键、静电相互作用、离子交换相互作用等与分析物结合达到吸附的目的[37]。

南京大学张全兴院士和他的团队在国内最早将树脂型吸附材料融合到环境工程领域[38]，开创了树脂吸附法治理工业废水及其资源化的新领域，为重点化工行业污染控制和节能减排做出了重要贡献。陈义镛等[39]较早曾合成了含多甘醇的螯合树脂，在一定条件下，对贵金属Au 的吸附率可达99%～100%。何炳林等[40]分别报道了以Cu2+、Ni2+为模板的选择性吸附树脂材料。动态吸附实验结果表明，该树脂对Cu2+可优先吸附，而97.8%的Ni2+排出了吸附柱。而国外对于树脂的研究更早，在20 世纪40 及50 年代，国际上就已经有关于高分子金属离子吸附材料的研究报道，这类材料被称为螯合树脂，主要用于吸附和提取碱金属及碱土金属。1946年，挪威科学家首次研制出对钾离子具有选择性的树脂材料，可以从海水中吸附并提取钾。Hasalettin 等曾报道了高分子材料负载杯芳烃的合成及其吸附性能，结果表明该类树脂能够从含有Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe3+的混合溶液中选择性地吸附Fe3+。Kabanov 等曾采用以铜离子为模板合成了含Cu2+的丙烯酸和乙烯基膦酸二乙酯的印迹共聚物，再用甲撑双丙烯酰胺交联形成树脂型吸附材料，解吸出Cu2+后的金属印迹高分子材料，其Cu2+吸附容量是普通共聚物的两倍。Gao 小组[41]利用浸渍在苯乙烯大孔弱碱性阴离子交换树脂D301 的网络孔中的阳离子聚电解质聚表氯醇二甲胺（EPIDMA），很好地制备了具有高吸附能力和对Cr(Ⅵ)具有特殊亲和力的新型复合材料EPIDMA/D301，结果表明，弱碱性阴离子交换树脂负载的阳离子聚合物显示出极好的去除Cr(Ⅵ)离子的潜力，这主要归因于聚合物主体D301 产生的非特异性Cr(Ⅵ)吸附，D301 上固定的氨基的静电吸引基质和嵌入的带有Cr(Ⅵ)离子的EPIDMA 以及通过置换主要由EPIDMA 带有Cr(Ⅵ)离子的Cl-进行的离子交换（图3）。

图2 纤维素的疏水改性［36］

图3 EPIDMA/D301吸附Cr(Ⅵ)的机理［41］

图4 可控结构吸附材料的结构

路建美等自20 世纪80 年代开始一直从事高分子高吸油材料的研究，其在高分子高吸油材料分子结构研究的基础上，构建了可控结构高分子高吸油材料，图4 为其分子层面的三维网络空间示意图。如图4 所示，构建此结构的核心基础是功能单体，功能单体侧链所含R基团，必须对油类物质有较强的驱动力，相当于磁吸铁，驱动力越强，吸附速率越快。所以，如何设计和选择不同种类的R 基团，使它们在同一个网络空间中协同地发挥作用，是高分子高吸油材料综合吸附性能得以优化和提升的关键。而且通过设计一定比例的亲水基团，调控材料表面对油分子最优化的表面能，使油分子通过材料表面的阻力最小化，实现油分子快速进入材料内部三维网络空间。例如，路建美等[10]将甲基丙烯酸十二酯分别与甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸己酯共聚，考察各类共聚单体组成对吸油率的影响，结果如图5 所示。从图5 中可以看出，甲基丙烯酸十二酯与甲基丙烯酸己酯共聚所得的材料吸附倍率最高，证明了甲基丙烯酸己酯的吸油能力最强，其次是甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸乙酯，这符合高吸油性材料的吸油机理，酯基长，亲油性强。

图5 共聚单体组分与吸柴油倍率的关系［10］

路建美等[10]还通过引入具有特殊结构的功能单体到上述共聚组分中，使不同R基团之间发挥协同吸附作用，并设计合成了一些以（甲基）丙烯酸酯和苯乙烯为母体、侧链含不同大小芳香环和不同长度柔性链的新型功能单体（图6）。以这种单体中侧链刚性芳香环撑开高吸油材料三维网络空间中分子侧链间的空隙，缓解长柔性侧链之间的相互缠绕，从而改善油性分子向吸油材料内部扩散，缩短吸附饱和时间，解决高吸油倍率下吸附速率慢的技术难题。

图6 含不同大小芳香环的单体结构［10］

路建美等还考察了含特殊功能单体的共聚物对各类有毒有机物的吸附性能。例如，他们通过相似结构的原则分别设计了针对含亲芳香环类、亲卤代烃类和亲酯类的功能单体，在高分子高吸油材料合成时，加入一定量的功能单体考察材料对不同油品的吸附性能，结果发现在高分子高吸油材料中针对性地加入对芳香环具有亲和性的单体后，其吸附性能明显高提高。

路建美等[10]还通过协同基团的构建突破了传统的吸附速度。他们首次提出了在亲油分子上引入亲水分子的新思路，通过大量实验发明了基于亲水/亲油分子协同吸附机理的新材料，从根本上改变对油吸附界面动力学，与油分子的作用力远超范德华力。图7是在亲油单体上引入亲水基团后聚合得到的高分子高吸油材料对水的接触角测试，可以发现，在引入少量亲水单体后，材料表面的油滴在2s之内就完全被材料吸附（图7右）；而用常规的丙烯酸酯类单体共聚的高分子高吸油材料，油滴在表面经过2h也没有多大的变化（图7左）。成功实现了吸油速度进一步实现了突破，达到了短短的几秒钟，为高分子高吸油材料的理论和实用化奠定了基础。

图7 高分子高吸油材料吸附表面油滴的速度监测［10］

此外，路建美等[10]在对高吸油高分子材料研究过程中，考察不同交联剂种类对所得高分子吸附材料吸附性能时发现，常规的二乙烯基苯作为交联剂得到的高吸油材料的吸附倍率较低，但该材料在吸附饱和后依然能保持比较好的强度；而采用二甲基丙烯酸丁二醇酯作为交联剂时，虽然所得材料吸附倍率较大，但吸附饱和后材料强度明显下降。通过对交联剂结构分析，认为二乙烯基苯的分子链较短，且中间的苯环为刚性结构，虽然形成的网络空间相对较小，但网络骨架相对刚性；而后者交联剂主链为柔性链，所形成的网络空间刚性不够，材料在吸附过程中难以保持理想的机械强度。受此现象启发，设计合成了分子结构中同时含刚性基团和柔性链的新型交联剂，结构如图8所示。

由上述刚性/柔性链并存的交联剂所构建的吸附材料三维网络空间骨架由于刚性链的贡献而在吸附饱和后仍然保持较高的机械强度，吸附过程中刚性基团可以进一步撑开材料内部网络空间，有利于粘度较大的原油等油类分子扩散进入高分子高吸油材料内部，增加材料对原油、成品油等的吸附容量。而柔性链部分则使得网络结构具有较强的回弹性，使得材料在吸附过程中得到最大程度的膨胀，提高吸附材料的保油能力；吸附饱和之后在一定条件下使油分子脱附后，材料又可以恢复到之前的形状，从而有利于吸附材料的重复使用（图9）。另外，调控材料内部网络中交联点间的距离即交联密度，也可以进一步调节网络空间的大小和强度。当采用刚性/柔性链并存的新型交联剂在适当的交联密度下，可以使吸附材料的综合性能得到优化[10]。

路建美等[10]除了在分子结构层面设计高分子高吸油材料优化其吸附速率和吸附倍率外，还通过所合成的材料内部和表面构建合适的微纳孔道的方法，提高其性能。这种方法增大了材料的比表面积，使其与油的接触面积尽可能大，从而有效提高了吸油速率和吸油倍率。针对传统致孔剂对材料致孔效果不理想的情况，他们开发了一种自制的致孔剂，这种致孔剂和单体一起反应，反应后预埋在高分子高吸油材料内部，通过后期处理使预埋的致孔剂消解同时放出惰性气体，这样致孔剂消解留出的通道以及惰性气体逃逸开辟的孔道在材料内部好表面形成致密的微纳孔道，大大提升了材料的比表面积，促使高分子高吸油材料的吸油倍率和吸油速度进一步提高。自制致孔剂在高分子高吸油材料内部和表面形成的微纳孔道效果见图10。

此外，路建美等除了讨论了单体、交联剂和材料微纳孔径构建三个重要因素对高分子高吸油材料的吸油性能造成重要影响外，还讨论了一些其他因素对吸油性造成的影响，主要是合成中使用到引发剂、分散剂及温度等因素。研究发现，随着引发剂用量的增大，其吸油倍率出现峰值。这是因为引发剂用量影响着聚合物的交联度。高分子高吸油材料是一种微交联型材料，既要求在水中不溶解，又要求材料有高的吸油率，因此材料必须有合适的交联度。交联度过高，材料在水中不能充分溶胀吸油，吸油倍率下降。交联度过低，材料可溶性部分增加，吸油倍率也降低。引发剂用量过少，反应速率较慢，即反应平稳，使聚合反应放出的热量及时得到散发，使自交联难以进行，交联度小，交联点间链段相对分子量过高，可溶性增加，吸油倍率降低。当引发剂量过多，反应速率快，聚合反应瞬间放出热量，体现在反应剧烈，使自交联反应容易进行，交联度增大，交联点间链段相对分子量过小，网络结构小，吸油倍率降低。分散剂用量对悬浮粒子的稳定性及悬浮粒子的大小有很大的影响，其适当的用量可以在水相和油相之间充当保护膜的角色而防止悬浮粒子之间凝结成块，同时分散剂的用量影响到体系的传热，传热影响到温度的高低，温度太高，反应速率快，交联点间的链段相对分子质量减小；材料网络过小，吸油倍率会降低，温度太低，反应速率慢，交联点间的链段相对分子量大，可溶性部分增加，吸油倍率同样会降低，并且分散剂用量太大还会使得反应液滴表面形成的保护膜增厚，使体系的黏度增大，完全阻碍液滴之间的黏结，使材料的粒径过分地小，从而也导致材料吸油效率的下降[10]。

聚氨酯（PU）海绵是一种商业3D材料，具有孔道结构丰富、比表面积大以及功能性极性基团丰富的优点。因此，它可以通过范德华力和氢键作用有效实现有机溶剂和金属离子的吸附。此外，高柔韧性、低密度、化学稳定性和低成本等特点使其成为构建各种用于去除废水中的油和有机染料吸附材料的理想基材[42]。

目前，聚氨酯或改性聚氨酯泡沫已被广泛研究并应用于污水处理。El-Shahat 课题组[43]用碘原子代替聚氨酯的氨基官能团，制备出碘掺杂的聚氨酯泡沫，该材料可有效去除废水中的有机染料，包括苯胺蓝和结晶紫，并且具有良好的可再生能力。Dong小组[44]为了提高吸附选择性和去除废水中有机染料的效率，通过发泡技术合成了凹凸棒石改性的聚氨酯泡沫。凹凸棒石作为天然吸附剂，具有比表面积高、可交换阳离子以及表面的反应性羟基丰富的特点，可以有效吸收废水中的阳离子染料。因此该材料对废水中的孔雀石绿具有较高的吸附效率，并且在最佳条件下的最高吸附效率达到99.51%。

为了回收溢出的油或有机溶剂，吸附材料具有特殊微观结构和润湿性（尤其是超疏水性和超亲油性）至关重要。一般而言，为了获得超疏水性，聚氨酯类海绵需要进行功能性修饰从而获得具有低表面能的材料表面。Unnikrishnan 等[45]利用聚合物吲哚并咔唑（ICZP6）和氧化铁纳米颗粒对聚氨酯类海绵进行改性，制备了一种磁性聚氨酯类海绵（ICZP6PUF），该材料可有效从废物流中分离油/有机溶剂。该材料表现出超疏水性和超亲油性，测得的水接触角（WCA）为157°，而油接触角（OCA）约为0°。此外，扫描电镜图显示，负载聚合物吲哚并咔唑以及氧化铁纳米颗粒后聚氨酯类海绵具有了表面粗糙结构，而粗糙结构是吸附剂润湿性的关键。图11 为该材料对水中的各种类型的油和有机污染物具有很高的吸附能力，尤其是在100～240g/g区间内。在外部磁场的帮助下，ICZP6PUF 能快速地（5s 内）有选择地从污水中去除选定的油和有机溶剂，并且可以通过简单的机械挤压将吸附的材料（油/有机溶剂）与其分离，而不会引起任何结构变形或性能下降。

1.2.4 三聚氰胺泡沫吸附材料

图11 ICZP6PUF的吸附能力［45］

三聚氰胺泡沫（MF）是三聚氰胺-甲醛聚合物。由于其优异的性能，如低密度、低孔隙率、高热稳定性、耐腐蚀性和阻燃性，它在环境方面具有广阔的前景[46]。Zhang 小组[47]合成了具有高密度胺和三嗪基团的聚(三聚氰胺-甲醛)（pMF）。这些基团可以充当螯合配体以结合金属离子，并且pMF表现出优异的去除水中重金属离子的性能。在初始铅浓度为100～5000mg/L时，pMF去除了98%以上的铅离子，在高吸收容量（最大363μg/g）下达到低于25μg/g的平衡浓度。Dickerson小组[48]通过烷基硅烷化合物与海绵骨架中的仲胺基团之间的硅烷化反应制备了超疏水MF。MF对各种类型的油和有机溶剂具有很高的吸收能力（其自重的82～163倍），并且具有出色的可回收性（超过1000 个循环）。Wang小组[49]用三甲基氯硅烷处理热解后的MF从而使其具备疏水表面来制备多功能泡沫。由于其多孔结构、疏水性、可压缩性和阻燃性，该泡沫塑料具有从废水中去除油的高性能。此外，He 小组[50]通过简单的浸泡和化学还原工艺制备了超疏水和超亲油性的石墨烯-三聚氰胺泡沫塑料（rGO-MF），如图12 所示。rGO-MF 具有多孔且可重复压缩的结构，并具有对油和各种有机溶剂的出色吸收能力（90g/g 以上）并具有很好的可回收性（约80%）。此外，太阳能加热在吸收过程中显示出明显的效果：加热吸收剂，降低黏度并加快吸收。在5 个单位太阳光的照射下，吸收速率从75s/cm 降低到35s/cm。

1.3 有机-无机杂化吸附材料

金属有机框架（MOFs）是由金属团簇与有机连接体协同作用，形成具有较大比表面积和中小尺寸的孔的有机-无机杂化材料，所以其在吸附清除污染物领域具有潜在的应用价值。早期研发的MOFs有一个严重的缺点，即暴露于水（或水蒸气）时结构稳定性较差，这大大限制了其在环境净化领域的应用[51]。因此，开发水稳性的MOFs 是一个亟待解决的问题[52]。由Yaghi 等[53]开发的MOF-5 是一种微孔MOF，其化学式为Zn4O[COO(C6H4)COO]3，在78K和20bar（1bar=105Pa）的条件下，每化学式单元的存储容量可达17.2倍H2。然而，由于Zn2+不是一种能支持强Zn-O 配位的高价离子，[Zn4O]6+团簇可被水分子攻击形成非多孔的Zn(OH)2沉淀[54]，限制了其应用。而Ferey 等[55]发现，当锌团簇被铝团簇取代时，形成的MIL-53 MOF材料，其稳定性显著提高。由此看来，高价金属离子似乎有助于抵抗暴露在水中的水解。Walton等通过对比锆基MOFs，即UiO-66[含BDC、COO(C6H4)COO]、UiO-66-NH2[含BDC-NH2、COO(C6H3NH2)COO]和UiO-67[含COO(C6H4)(C6H4)COO]，结果发现，相比于UiO-66和UiO-66-NH2，UiO-67 水稳定性最差[56]，表明线性连接体可以降低MOFs的水稳定性[57]。

通过总结前人的工作，发现以下几个规律：金属离子与氧的结合强度越高MOFs 的水稳定性越高（Fe-O＞Cr-O＞Cu-O＞Zn-O）[58]；连接基团的酸解离常数（pKa）越高MOFs的水稳定性越高（吡唑＞咪唑＞二羧酸酯＞羧酸酯）[59]；配位数越高的MOF 的水稳定性越高（6 配位的MOF-74＞4 配位的MOF-5）[60]；金属中心的氧化态越高的MOFs的水稳 定性越高（2.0 的Cr-MIL-101＞1.5 的Zn-MOF-5）[58]。四价金属，如Zr4+、Ce4+和二羧酸键合物，可以形成水稳定的MOFs，因为需要过量的配位键合物来补偿高的离子电荷[61]。总之，随着不断的研究，MOFs 的稳定性也在不断提升，在环境领域中的应用也越来越广泛。如Yan等[62]通过溶剂热法合成了一系列镧系MOFs，并将其用于染料吸附和发光传感（图13）。他们发现，由于乙酸钠的添加，MOF-76（Ln）的形状和大小已从棒状变为蚕豆状，增加了它的比表面积和孔隙率，对染料吸附具有优异的性能。此外，通过对比发现，MOF-76（Eu）和MOF-76（Tb）材料对苯同系物溶液和BTEX 蒸气显示出高的选择性和发光强度敏感性。

2.会计结算风险。银行在大部分企业的金融会计结算工作中都扮演着重要的角色，银行的操作是十分重要的，所以在这方面就需要很高的要求，首先整个进程都需要保证完整和科学，但是就目前的情形来看，银行业务在实际开展的时候往往会存在一些不合理和不科学的地方，在这种情形下，只有要问题发生，那么就会给不法分子营造机会，使得一部分资金的损失，甚至被转移，而且这种违法行为很多时候都具备隐蔽性，难以被人发现，所以一旦被违法分子得逞的话，造成的损失就会是巨大的，风险系数也很高。

图12 rGO-MF制备及SEM图像［50］

Qian 等[63]设计并合成了一种独特的微孔金属-有机框架，用于有效去除水溶液中的亚甲基蓝，该MOF 材料具有极高的吸附量（902mg/g），并在12h后可以将亚甲基蓝完全去除。这归因于Qian等在MOF的孔表面上固定了 COOH基团，其可与亚甲基蓝分子产生强相互作用，从而提高它的吸附效果。

图13 MOF-76（Ln）的染料吸附和传感过程［62］

Chen等[64]合成了具有可控制大小和形状的铜基金属有机骨架（MOF-199），并用于去除气态的甲硫醇（CH3SH）。将合成的MOF-199 材料、商品化活性炭（AC）和负载铜的AC 的吸附性能进行对比，合成的三种MOF-199材料均显示出比商业AC更好的吸附性能。MOF-199 材料的形态和织构对吸附过程的性能影响很大，通过水热法合成的MOF-199 材料显示出最高的硫化合物容量（74.7mg CH3SH/g MOF-199）。

2 “强化富集／催化降解”双功能净化材料

2.1 碳基复合材料

高比表面积、低密度、出色的柔韧性、良好的化学稳定性、环境友好性和多孔性等特点使碳材料在气体的吸附催化和废水中重金属离子处理等领域具有潜在的应用前景，其中，介孔碳纳米球、碳纤维以及石墨烯凝胶等由于其优异的吸附性能和可重复使用性而被广泛使用。众所周知，吸附材料极易饱和，再生费用比较高，因此将吸附材料与催化剂结合可以完美解决这一问题。

路建美等[65]利用水热一锅法制备了核壳结构的棒状纳米材料CNT@MoS2/SnS2，用于水体中低浓度Cr(Ⅵ)的治理。该纳米催化剂利用碳纳米管的导电性和MoS2/SnS2间的异质结来加速光生电子的流通以提高对Cr(Ⅵ)的还原速率，由于异质结的作用可以显著降低该催化剂的禁带宽度，因此CNT@MoS2/SnS2展现出了对Cr(Ⅵ)较好的光催化还原效果，此外，该复合材料对Cr(Ⅵ)也具有一定的吸附性能。CNT@MoS2/SnS2对50mg/L 及以下的Cr(Ⅵ)溶液能在40min内完全还原，从而解决了许多材料不能对低浓度Cr(Ⅵ)去除的难题。

纤维素是一种绿色且取之不尽的材料，具有良好的性能，如可生物降解性、低毒性、生态友好性和化学稳定性。碳纤维是将有机纤维在惰性气氛保护下高温煅烧而成，其具有强度大、密度小、耐高温、高导电性和抗腐蚀等优点，是制备水或者空气净化催化剂的常用基底。碳纤维除了对污染物具有一定的吸附作用之外，其良好的导电性可以有效转移光生电子，从而抑制光生电子-空穴的再结合，提高催化剂的反应活性。例如，路建美等针对毒性较大的Cr(Ⅵ)，合成了一种壳鞘结构的二硫化锡柔性碳纤维膜（CNF@SnS2）[66]，CNF@SnS2是一种用于可见光快速降解高浓度Cr(Ⅵ)的新型光催化剂。壳鞘结构的二硫化锡柔性碳纤维膜具有三维的孔洞结构，这一结构对水溶液中的Cr(Ⅵ)具有一定的吸附作用，而且为SnS2在可见光激发下所产生的光生电子提供快速流通的通道。该碳纤维复合膜在大于400nm的可见光驱动下产生光生电子用以还原水体中的Cr(Ⅵ)，其展现出了非常好的光催化活性以及良好的光催化稳定性和循环使用性。在可见光照射下，对250mg/L Cr(Ⅵ)溶液进行降解，在90min 内实现百分之百的去除效率，展现出了较高的降解速率[67]。

为了研究碳酸氧铋光催化膜在环境治理中的应用，路建美等[68]将碘元素掺杂的Bi2O2CO3修饰在CNFs 表面（CNFs@IBOC），然后在CNFs@IBOC 表面修饰MoS2片构成异质结CNFs@IBOC-MoS2。结果发现，碘元素的掺杂不仅可以降低Bi2O2CO3的带隙和增强对可见光的响应，还可以将Bi2O2CO3的形貌改变成片状。CNFs@IBOC-MoS2膜在光催化处理废水中有机物实验中也表现出优异的光催化性能，50mg CNFs@IBOC-MoS2膜在5min 内可以将RhB 溶液（50mL，1×105mol/L）完全降解（图14）。

介孔碳纳米球由于其可控的纳米结构、高孔隙率和高比表面积，常常被用来负载贵金属纳米催化剂，用于空气中废气的治理。介孔碳纳米球的高比表面积使其对废气具有一定的吸附作用，同时，它的孔道可以作为贵金属纳米催化剂的容器，用来承载贵金属，从而保证其尺寸均一（图15）。例如，路建美等[69]成功合成了金负载的中空介孔碳纳米球（Au/HPCN）催化剂，其合成的中空介孔碳纳米球的比表面积高达1279m2/g，利用它的吸附性能，将氯金酸溶液吸附到孔道中，通过原位还原的方法，成功合成了尺寸均一的金纳米颗粒，其平均直径约为2.2nm。合成的Au/HPCN催化剂除了对空气中的CO 具有一定的吸附作用之外，同时展现了良好的催化活性和稳定性。

图14 光催化氧化NO的效果图及循环图［68］

碳纤维复合材料除了被广泛用于水中污染物的治理之外，对于空气中的污染物也展现了非常好的催化活性。路建美等[70]利用静电纺丝法和水热法成功制备了二硫化钼改性的碳酸氧铋碳纤维膜（BOC-MoS2-CNFs），并将其用于环境修复。碳纤维由于其良好的导电性，成功抑制了光生电子-空穴的重组，相比于单独的BOC催化剂，BOC-CNFs的光催化活性提高了近15%，BOC-MoS2-CNFs 膜在光催化处理空气中低浓度NOx中的效果最好，其最高效率可达到68%，除此之外，该复合膜展现出了良好的循环使用性。

图15 介孔碳纳米球负载贵金属纳米催化剂［69］

石墨烯材料因其高比表面积以及出色的化学、热和机械稳定性而在环境领域引起了广泛关注。石墨烯材料由于其表面具有丰富的含氧官能团，使其对纳米颗粒具有很强的亲和力，除此之外，其极好的导电性，可以快速转移光生电子，提高光催化活性，使其常常与纳米材料复合用于废气的治理。例如，路建美等[71]利用简单的硬模板和交联法成功合成了金负载的铈钴双金属氧化物/石墨烯凝胶（Au-CexCoy/GA）复合材料。Au-CexCoy催化剂具有有序的纳米管阵列结构，其比表面积约为120m2/g，对污染物具有一定的吸附能力，而且合成的三维石墨烯气凝胶具有开放的大孔结构，可以用于反应气体的扩散。该催化剂被用以催化氧化空气中的甲醛污染物，展现出了良好的催化活性和稳定性。其最优比可以在60℃下实现甲醛的完全转化，且可以在该温度下维持40h，催化活性几乎没有变化（图16）。

此外，他们还利用石墨烯良好的导电性，将其与苝酰亚胺改性的石墨相氮化碳复合（PICNGA）形成三维气凝胶材料，并用于光催化处理空气中低浓度NOx[72]。首先采用共聚合的方法将平面性好、可见光响应强的苝酰亚胺分子修饰到g-C3N4的表面，不仅拓宽了g-C3N4对可见光吸收的范围和强度，同时有效抑制了光生电子（e-）和空穴（h+）的复合且提高了光生载流子迁移速率；再引入具有自组装性能的石墨烯材料，利用水热法制备出了三维的气凝胶材料，该复合材料的比表面积约为130m2/g， 要远高于块状g-C3N4的比表面积（18.0m2/g）。材料的吸附能力越强越有助于光催化过程中对气体的降解性能的提升。PICNGA 在光催化降解低浓度NO实验中表现出最优异的光催化活性、稳定性和循环性，光催化氧化600nL/L NO 的最高效率达到66%，相比于单纯的块状氮化碳，其效率提高约40%。另外，Lu等[73]还将石墨烯与氮化碳量子点（CNQDs） 和无机半导体InVO4复合（CNQDs/GO-InVO4），用于光催化处理空气中低浓度NOx。合成的CNQDs的平均直径为3nm，其光催化降解氮氧化物的效率为45%，比单纯的块状氮化碳高11%，与石墨烯和InVO4复合后降解效率提高到65%，具有良好的催化活性和循环稳定性。

2.2 硅基复合材料

由于二氧化硅表面硅烷醇基团的存在，常常与各种有机或者无机化合物复合，用于水中重金属离子的吸附与催化。Lu 等[74]以大孔二氧化硅泡沫（MOSF）作为基底，通过在MOSF 的孔道中嵌入SnS2光催化剂以及利用MOSF 表面的羟基修饰螺吡喃衍生物SPNH，合成了珊瑚石状光催化-吸附功能杂化材料（SPNH-MOSF@SnS2），用于水中Cr(Ⅵ)的还原与去除。该复合材料在可见光照射下，可以将水溶液中的Cr(Ⅵ)还原为Cr3+，尤其在酸性条件下，效果更为显著。在紫外光下，修饰的SPNH可以吸附还原后产生的Cr3+，从而实现对水溶液中铬离子的完全去除。该复合材料具有优异的催化活性和吸附性能，其最优比可以将浓度为50mg/L 及以下的重铬酸钾溶液几乎完全还原并去除[75]。

图16 不同条件下Au-CexCoy的催化活性及氧化活性［71］

路建美等[76]成功合成了铂负载的中空介孔二氧化硅纳米材料（Pt/HMSs），利用真空援助的浸渍法，将二氧化硅的孔道作为贵金属Pt 的容器，成功将Pt 纳米颗粒限域在其孔道中，使Pt 纳米颗粒尺寸均一且稳定，得到的系列Pt/HMSs催化剂的比表面积为187.91～273.14m2/g，表明该催化剂对污染物有一定的吸附能力，而且该催化剂对空气中的CO 展示出了较好的催化活性，150℃下实现100%的完全转化。除此之外，为了进一步拓展该催化剂的应用，路建美等将Pt/HMSs 催化剂与CO 的检测探针（双核铑配合物，BRC）结合，成功制备了集吸附、检测与催化一体化的新型复合材料（Pt/HMSs-BRC），结果表明，该复合体系对CO具有明显的颜色响应以及催化效果，且BRC 检测探针颜色完全可逆。

沸石是具有三维微孔结构的结晶硅铝酸盐，由于框架结构和组成的灵活性、物理和热稳定性、无毒、高比表面积、可交换阳离子和价格便宜等优点，使其在炼油、石化、农业、环境治理等各个领域用作离子交换剂、催化剂和吸附剂。路建美等[77]通过一种简便且环保的方法合成了介孔ZSM-5 沸石负载的PdCu 合金纳米颗粒催化剂，用于空气中甲苯的去除。ZSM-5 负载的PdCu 纳米催化剂具有明显的介孔结构，具有较大的比表面积，为催化甲苯提供了更多的反应活性位，同时对甲苯也具有良好的吸附性能，提高了催化甲苯的反应速率。除此之外，合成的PdCu 合金纳米颗粒均匀分布，通过调节Pd 与Cu 的比例，既提高了催化剂的催化性能，又降低了成本。其最优Pd/Cu比为8∶2的催化剂显示出最高的催化活性，在160℃时达到100%的甲苯转化率。

2.3 金属有机框架类复合材料

金属有机框架（MOF）材料基本上由两个主要成分组成：金属离子或金属离子簇以及有机分子连接体。由于其高/可调的孔隙率，孔隙功能，各种孔隙结构/组成，开放的金属位点等特点而优于其他多孔材料。因此，MOF 材料已经在各个领域引起了广泛的关注，尤其是在水中污染物的净化以及空气净化方面被广泛使用。

MIL-100(Fe)具有很好的生物相容性，对微生物毒性极小，而且对水中的污染物拥有良好的吸附能力，路建美等通过层层自组装的方法制备了可以磁性分离的核壳纳米材料Fe3O4@MIL-100(Fe)，然后将该材料负载到微生物的表面从而得到生物复合材料，用于高效吸附降解有机染料废水[78]。由于Fe3O4@MIL-100(Fe)材料的吸附与微生物降解的协同作用，该复合材料表现出了优异的降解效率，可以将初始浓度为25mg/L 和50mg/L 的酸性橙10（AO10）染料分别在15h和25h内完全降解完毕[79]。

MOFs 材料由于其可控的孔道结构和高吸附量，常常与无机纳米材料或者光催化材料等复合，用于空气的净化。HKUST-1 对二氧化硫、氨气、氯、四氢噻吩、苯、氮氧化物和一氧化碳等有毒气体具有良好的吸附性能，Lu等[80]将贵金属钌均匀负载到氧化石墨烯上并形成气凝胶，然后利用石墨烯表面的含氧官能团，将HKUST-1 通过层层自组装的方法负载到表面，成功制备了一个同时吸附和催化氧化CO 的新型复合材料（Ru/GA-HK）。由于HKUST-1对CO具有良好的吸附性能，因此提高了催化剂周围反应物的瞬时浓度，从而提高了反应速率，与单纯的Ru/GA催化剂相比，在36000ml/(h·g)的空速下，Ru/GA-HK 的反应速率高约48.4%。此外，Ru/GA-HK 展现了优异的催化活性和稳定性，室温即可达到100%的完全转化。

另外，Lu 等[81]还将HKUST-1 与黑鳞（BP）和g-C3N4材料复合，利用HKUST-1 对NO 的吸附性能，增强光催化剂表面NO的浓度，从而提高反应效率。二维BP材料由于其独特的光化学/电化学性质，大大拓宽了g-C3N4纳米复合材料的光响应范围和强度。此外，将BP/PCN-HK 修饰到导电碳纳米管膜上，有效实现了光催化纳米复合材料的固定化。由于HKUST-1的吸附以及异质结的成功构建，其制备的BP/PCN-HK膜表现出优异的光催化性能，NO 的去除效率高达74%，远高于其他g-C3N4基材料。

MOF-5对甲醛等污染物具有不错的吸附效果，因此路建美等[82]将贵金属Pt改性的介孔二氧化锆催化剂负载到石墨烯上，并利用层层自组装的方法，将MOF-5 修饰到石墨烯的表面，用于甲醛的吸附与催化氧化。合成的Pt/ZrO2-GA-MOF-5 复合材料既表现出优异的HCHO吸附性能，同时也表现出了出色的催化活性，70℃下即可实现约90%的转化率。

硫化氢由于具有一定的酸性和腐蚀性，目前只有少数几种金属有机框架能够对其进行稳定吸附并且能够再生。MIL-101(Cr)具有较强的刚性以及较大的孔隙，能够稳定地吸附硫化氢气体，是一种能够用于吸附硫化氢气体的金属有机框架。Lu等[83]合成了海胆状的TiO2@MIL-101 双壳空心颗粒用来同时吸附和光催化降解硫化氢气体，该复合材料明显提高了光催化剂的光催化性能，60min后硫化氢的催化率可以达到90.1%，与单纯的中空二氧化钛和块状二氧化钛相比其催化率分别增加了31%和114%，并且其在催化过程中硫化氢浓度迅速下降，在60min就可以达到平衡，几乎是单纯的中空二氧化钛所需时间的一半[84]。

3 结语与展望

吸附和催化降解一体化的微纳米复合材料已经引起了人们的特别关注，因为利用这种技术在完全去除污染物的同时，可以提高反应效率。在此，本文简要概述了各种微纳米材料在环境治理中的应用和最新研究进展。经过多年的研究，微纳米复合材料在吸附和降解污染物方面取得了巨大成就，本文总结了用于环境净化中一系列的吸附和催化体系，但是，仍然需要解决许多挑战和障碍。

基于上述挑战，建议在以下几个方面进行未来的研究工作。首先，粉末类催化材料难于回收利用，本身也是对环境的一种潜在危害。为解决此问题，应将微纳米复合材料制成膜或泡沫等宏观材料。值得注意的是，在宏观化的过程中，尽量优化实验步骤，且不能破坏原有的结构，使其易于扩大规模生产，便于应用。第二，对于已经宏观化的催化材料，除了优化实验步骤之外，提升其催化性能，对于高浓度污染物的去除是至关重要的。最近，石墨炔是一种新兴的类石墨烯材料，由sp/sp2共杂化形成的新碳同素异形体，相比于传统的碳材料，由于其表现出了出色的导电和储能性质，因此在电池、催化还原、电子传输等领域进行了开发和探索。此外，MXene材料是一类具有二维层状结构的过渡金属碳化物、氮化物或者碳氮化物，虽为无机非金属材料，但是具有类金属的导电性和机械稳定性等优点，近年来，其在纳米材料领域中的应用以井喷式增长，是一种非常有潜在价值的微纳米材料。因此，未来的工作将集中在将催化剂宏观化以及开发高效催化体系上，使其吸附的同时，可以快速高效地去除环境中的污染物。