重金属已被广泛认为是现代工业生产的重要原料。工业生产的规模不断扩大，相应地增加了重金属污染的环境风险，这引起了全球越来越多的关注[[1], [2], [3], [4]]。根据生态环境部2023年发布的《中国生态环境状况报告》，工业废水中含有的重金属排放量达到了前所未有的每年38.8吨[5]。未经处理的废水排放到自然水体中会带来毒理学风险，具有高度危害性。重金属通过多种途径渗透到生物系统中，包括摄入、接触和神经毒性，导致慢性积累并对神经系统、消化道、呼吸系统等器官造成严重损害，甚至造成不可逆的伤害[6,7]。传统的重金属废水处理技术，如沉淀、离子交换和吸附，已被广泛使用，并满足了早期的排放标准[[8], [9], [10], [11], [12], [13]]。然而，随着工业技术的进步，从传统电镀到高精度电子产业，引入了多种螯合剂（如乙二胺四乙酸（EDTA）、柠檬酸和甘氨酸）以提高产品质量[14,15]。冶金工业中常产生重金属氰化物络合物[16]。在畜牧业和医疗相关领域，可能会产生重金属-抗生素络合物[17,18]。此外，在自然条件下，重金属也可以与腐殖酸形成络合物[19]。为了确保重金属离子处于稳定的螯合状态，通常添加的螯合剂量超过了重金属的量[20]。因此，含有重金属的工业废水往往表现为稳定的络合物。
与重金属碱性沉淀物相比，重金属络合物（HMCs）具有更高的稳定性，使得通过增加碱度来沉淀重金属的传统方法完全失效[21]。这些络合物的稳定性主要受配位配体的官能团影响。一般来说，金属络合物的稳定性顺序为：氨基 > 羟基 > 羧基。值得注意的是，螯合作用——即重金属与多齿有机配体的配位——显著增强了络合物的稳定性。此外，螯合剂可以在中心金属离子周围产生空间位阻，使HMCs难以被吸附剂捕获[22]。空间位阻的程度及其对处理的抵抗力取决于特定的配体结构。被包裹在中心的金属离子比位于表面的金属离子具有更大的空间屏蔽作用。这些结构特征及其相关的抗性机制说明了当前处理技术在处理HMCs方面的局限性，突显了迫切需要创新策略来处理重金属废水。此外，严格的环境法规和日益严格的重金属污染控制标准进一步强调了现有处理方法的显著局限性。
为应对这些挑战，研究人员根据HMCs的物理化学特性改进了传统处理技术，在一定程度上提高了传统方法的处理能力[23,24]。或者，高级氧化过程（AOPs），如电化学氧化（EO）、光催化（和光电催化）、芬顿（类芬顿）反应和臭氧氧化，被应用于HMCs的处理。这些方法可以通过直接电子转移或活性自由基的攻击，有效打破重金属与有机螯合剂之间的强键（解络合），使金属离子转化为更不稳定的形式，从而便于后续去除[[25], [26], [27], [28], [29]]。此外，对可持续发展的重视增强了人们对重金属作为具有巨大回收潜力的宝贵二次资源的认识。因此，基于高效还原的技术能够直接从HMCs中回收重金属，并同时分离出配体[30,31]。HMCs的有效处理吸引了越来越多的学术关注，使用“重金属络合物去除”作为关键词在Web of Science上检索到的论文超过了5400篇（图1）。年度论文数量呈稳步上升趋势。然而，大多数研究主要集中在氧化解络合过程上，忽视了传统处理技术和直接还原方法的显著进展。在关键词共现网络分析（图1插图）中，“氧化”和“降解”等术语的突出显示反映了现有文献中对AOPs的强烈研究关注。这一趋势与对AOPs用于解络合的广泛研究相符。然而，鉴于HMCs的多样工业来源和高度可变的废水特性，选择处理技术时必须采用特定情境的策略，而不仅仅是依赖氧化方法。这突显了进行系统评估的迫切需要，该评估应涵盖改进的传统技术、基于AOPs的解络合以及基于高效还原的回收策略。
在这篇综述中，我们研究了废水处理中HMCs技术的当前研究和未来发展。我们将现有的技术方法分为三类：改进的传统技术、基于AOPs的解络合技术和基于高效还原的技术，系统地讨论了它们的各自机制、性能提升策略和主要挑战。最后，我们重点关注阻碍这些技术从实验室规模向工业应用转化的关键障碍，并提出了潜在的解决方案。我们希望这篇综述能为应对日益复杂的重金属污染提供有价值的见解，并促进开发更符合实际需求的高效处理方案。
