《RSC Advances》：Advanced nanocomposites for microplastic remediation: a critical review of materials, mechanisms, and scalability challenges
微塑料污染已成为广泛存在的环境问题，推动了对兼具高效性与可持续性的修复策略的需求。在此背景下，高级纳米复合材料凭借其可定制的功能特性与高表面反应性，提供了一种变革性替代方案。本综述对基于纳米复合材料的微塑料修复的最新进展进行了批判性与叙述性评估，重点关注磁性、碳基、聚合及光催化等材料类别。尽管已报道的去除效率差异显著，范围约为73%至高达99.96%，但这些统计数值源自根本不同的度量指标，如质量损失、表面降解、颗粒减少和总有机碳（TOC）去除。由于这些指标无法直接比较，可能使对真实性能的客观评估复杂化，并导致对材料效率的高估。通过系统考察结构与性能的构效关系，本综述强调了表面积、官能团密度、带隙与异质结形成等材料参数如何调控吸附容量并决定降解路径。同时，指出了当前研究的主要局限性，包括标准化测试协议的缺失、对微塑料完全矿化的关注不足，以及对实际规模化应用的普遍评估缺失。展望未来，本综述主张建立统一的评估框架、更清晰的机理认知以及反映真实环境场景的测试条件；唯有如此，纳米复合材料技术才能被有意义地比较并最终实际应用于微塑料修复。
Advanced nanocomposites for microplastic remediation: a critical review of materials, mechanisms, and scalability challenges
1. Introduction
20世纪塑料因其耐用性、多功能性和低成本成为最具影响力的创新产物之一。全球塑料年产量已从1950年的约150万吨激增至目前的近5亿吨，伴随而来的是微/纳米塑料废物在陆地和水生生态系统中的危险积累。微塑料通常定义为尺寸小于5 mm的塑料颗粒，凭借其在土壤、水和空气中的相互关联的环境迁移途径，已成为淡水、海洋乃至极地水体中普遍存在的污染物。微塑料主要源于两类途径：一是产品中的直接添加，如微珠和合成纤维；二是大块塑料碎片通过太阳辐射、紫外线辐射、机械风化和生物活动等机制发生破碎。这些微塑料在水体、表层和沉积物中分散，形态多样，包括纤维、薄膜、碎片和球体，主要由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）等聚合物构成，其结构形态与化学反应性决定了其在水生系统中的相互作用机制。
微塑料污染对全球环境的影响日益显著，从东北大西洋表层水到深层国际淡水系统中均有检出。英格兰和威尔士污水处理厂进水水质的定量检测显示平均浓度为4.9颗粒/升，证明了这类污染物在原水水源中的普遍性。尽管现代废水处理基础设施的去除效率可达近99.9%，但仍无法绝对截留最小的颗粒组分。微塑料本身不仅是物理污染物，还会引发严重的生态与健康风险。由于其与自然食物相似，易被不同营养级的水生生物摄入，造成物理损伤（如肠道阻塞、摄食抑制、能量储备下降）和细胞毒性（通过触发过量活性氧（ROS）产生，导致脂质过氧化及细胞膜与细胞器的结构与功能损伤）。此外，微塑料可作为有毒物质的载体，吸附疏水性污染物（如多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）和重金属），促进其生物累积和营养级转移，进一步放大了危害。
早期微塑料研究的主要局限在于对其降解过程缺乏深入理解，尤其是纳米塑料的检测更具挑战性。为此，研究人员引入了紫外光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外（FTIR）光谱等先进分析技术，这些技术在复杂水源中对小于0.1 mm颗粒的检测尤为有效。然而，各技术均有固有局限：FTIR对小于20 μm的颗粒因信噪比降低和散射伪影而可靠性下降；深色或含炭黑的风化颗粒会导致光谱解释模糊；样品制备（干燥、压片、有机质去除）易引入偏差；拉曼光谱虽空间分辨率高，但易受生物残留物和聚合物添加剂的荧光干扰，长时间激光照射还可能导致不稳定聚合物热降解而改变光谱特征；热解法-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）虽能确认聚合物类型，但会破坏颗粒的形态信息。即便存在这些局限，现有分析技术的进步仍推动了研究发展，但大多数现代水处理厂仍难以将这些微小污染物完全从饮用水中去除。
传统水处理工艺主要包括三个阶段：初级筛滤与沉淀（可去除约75%大于300 μm的颗粒）、二级生物处理（通过生物质截留实现约90%去除）和三级高级过滤（包括超滤、纳滤和反渗透，去除率>99%）。辅以混凝-絮凝-沉淀和溶气浮选等物化方法可进一步增强颗粒聚集与去除。目前最有效的微塑料鉴定方法是结合显微镜（物理法）与光谱学（化学法）的技术联用，以确保环境样品中微塑料的准确定量与识别。然而，人类活动导致的微塑料广泛分布使其难以精确测量，加之污水处理厂对最小粒径微塑料的截留能力有限，处理缺口导致微塑料在自然水体中持续释放与累积。这促使研究人员转向开发能通过根本不同机制解决微塑料污染的新型材料。纳米复合材料因其大比表面积、可控的物理化学功能性和增强的吸附能力，成为极具吸引力的替代方案。
纳米材料因高比表面积和可定制的表面功能而在环境科学中备受关注。例如氧化石墨烯（GO）和碳纳米管的比表面积通常在100至超过1000 m2g?1，远高于颗粒活性炭或聚合物膜的单位质量界面接触面积。其次，高密度表面活性位点（如生物炭和石墨烯衍生物上的含氧官能团）可通过静电吸引、疏水作用、π–π堆积（与芳香族聚合物域）和氢键（与极性官能团）等多种模式与微塑料表面相互作用。第三，纳米级尺寸使其能够进入微塑料表面特征和间隙，这是更大尺寸的传统颗粒无法触及的，从而提高了对不规则形状碎片的捕获效率。第四，集成光催化或磁性组分的多功能结构可实现同步吸附与降解，或便于处理后回收，这是传统单功能材料所不具备的。然而，这些在受控实验室条件下观察到的性能优势，在复杂环境基质中往往会减弱，因为天然有机物会与活性位点竞争，离子强度也会调节静电相互作用。
当前研究的重点纳米复合材料类别包括碳基纳米材料（氧化石墨烯、碳纳米管、生物炭）、金属氧化物光催化剂（TiO2、ZnO、CeO2）、可实现便捷回收的磁性铁氧化物体系，以及可提供可持续生命周期的生物降解聚合物杂化物。这些高级纳米催化剂的应用不仅限于水环境，在空气净化中可帮助分解挥发性有机化合物和部分温室气体；在土壤系统中，纳米零价铁已被证明是修复氯化溶剂和农药残留的有效试剂。随着纳米材料在环境技术的发展，研究标准已转向更高效率、更好选择性和资源回收，使其成为下一代环境设备的关键材料。
尽管已有若干综述探讨了基于纳米材料的微塑料修复，但本工作具有独特的分析视角。部分综述聚焦于农业废弃物衍生的生物炭及其复合材料，讨论原料类型、生产条件和表面改性如何影响吸附。另一些研究则考察了纳米材料增强的生物炭系统，阐释了π–π相互作用和磁性回收等机制，并提供了实际应用策略。还有研究详细解释了光催化方法，特别是使用天然前体或多孔结晶材料的方法，这些工作常包含废物限制、技术与经济因素及生命周期思考。少数研究探索了配位化学和纳米复合材料方法在水处理中的应用，提供了详细的机理见解，但很少关注所用纳米材料的生态影响或长期归趋。总体而言，先前的综述多为材料或机制特定型，鲜有在单一框架内对不同纳米复合材料类型进行广泛的比较分析。本综述批判性地考察了用于微塑料修复的四大类纳米复合材料，评估了其合成路线、潜在作用机制和已证实的去除效率，特别关注环境相关条件下的性能指标、规模化挑战和可持续性考量（包括生命周期影响和二次污染风险），旨在建立一个开发生态可持续修复技术的框架，并指出关键研究空白以指导未来研究。
2. Route to nanocomposite fabrication
纳米薄膜、纳米材料和纳米复合材料的合成主要可分为四类方法：化学法、物理法、生物法和先进（混合）方法。方法的选择取决于材料的目标应用，每种方法各有优劣，最终决定产品的性质、结构、性能和规模化潜力。物理方法（如熔融共混、高能球磨和挤出）依靠机械力和热能实现组分结合，属于典型的“自上而下”策略，因其操作简单、产量高且可直接规模化生产大宗材料而受到重视。但其显著缺点是难以制备真正的纳米尺度材料，且常无法解决相分离问题并确保均匀分散，易导致团聚和界面粘附性差等问题。
所选合成路线的有效性需通过其产物的形貌和可行性来评估，三个关键因素指导这一评估：首先是分散均匀性，即纳米材料在基体中的均匀分布至关重要，团聚体往往起到缺陷而非增强作用；其次是材料的物理形态，保持其长径比和结构对于有效的载荷传递或网络形成至关重要；最后是吸附剂表面与基体之间的界面相互作用，这决定了应力、电子或热量在边界处的传递效率。因此，合成过程中对分散性、形态和界面等参数的控制程度，最终决定了最终纳米复合材料的性能上限，进而影响其在实际应用（如生物医学设备、航空航天部件和柔性电子器件）中的可持续性和可靠性。
化学合成法通常归类为“自下而上”技术，通过分子前驱体构建材料，包括共沉淀法、原位聚合法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等。这些方法允许对颗粒尺寸、形态和分布进行精细控制，并能与基体形成强化学键，显著提升应力传递和复合材料性能。然而，这种控制需要苛刻的条件（如特殊前驱体、高温等），导致成本高昂和工艺复杂。为克服这一问题，绿色合成作为一种可持续替代方案应运而生，利用植物或微生物作为环保的封端剂和还原剂，遵循绿色化学原则，最大限度减少有害废物产生，使用温和溶剂与前驱体，并具有能源效率优势。目前，多种混合方法被开发出来以协同多种技术的优势，例如将物理预分散步骤与原位聚合相结合，以同时优化分散质量和加工效率。
2.1. Nanocomposite synthesis: relevance to microplastic remediation
2.1.1. Fabrication of polymer-matrix nanocomposites
原位聚合技术是材料科学中公认的用于合成纳米复合材料的变革性方法。其基本原理是在聚合前将分子前驱体均匀分散在单体介质中，直接解决了纳米复合材料制备中的两个关键难题：实现均匀的纳米颗粒分散，以及在复合材料和所得聚合物基体之间建立强界面结合。与其他方法相比，这减少了材料团聚，并使纳米复合材料在离子电导率和机械韧性等关键性能上得到显著提升，这归功于均匀微观结构促进的连续离子传导通路和强填料-基体相互作用。研究人员通过优化混合时间、温度和剪切速率等参数进一步优化性能，这对于储能设备和柔性电子系统等先进应用至关重要。例如，γ射线诱导的金纳米颗粒形成是一种优于其他方法的环保制备途径，无需使用有毒化学品，辐射即可控制纳米颗粒形成，所得材料环境安全且对生物医学传感和高级催化高效，易于工业化生产。另一个重要趋势是将强化学键与原位聚合相结合，例如通过全氟苯基叠氮化物等偶联剂将聚苯胺接枝到石墨烯片上，形成具有高耐久性和导电性的石墨烯基纳米复合材料，化学键是性能提升的核心原因，它建立了石墨烯与聚合物之间直接而牢固的连接，防止了因降解导致的分离。
2.1.2. Preparative routes for metal-oxide photocatalysts
溶胶-凝胶法被广泛用于制备金属氧化物纳米复合材料，主要因其操作温度低且易于与有机组分整合。该过程涉及将金属醇盐前驱体溶液混合成“溶胶”（胶体悬浮液），经进一步水解和缩合形成三维“凝胶”。其主要优势是可获得纯净、均匀的材料，并能高度控制其比表面积、孔隙率和均匀性，使其在催化、涂层等领域表现优异。共沉淀法或化学沉淀法是研究领域广泛使用的一种极具成本效益的自下而上方法，通过金属前驱体与沉淀剂之间的快速化学反应形成纳米颗粒或复合材料。水热法是整个化学过程中最重要的一种，广泛用于合成高质量的纳米颗粒，反应在称为高压釜的密闭、加热、加压容器中进行。高温高压增强了前驱体的溶解度和反应性，使得无需后续高温煅烧等工艺即可直接合成结晶材料。这种多功能方法支持修饰纳米线、纳米复合材料、纳米棒等先进材料的尺寸、形状和晶相。例如，研究人员常通过溶胶-凝胶法制备碳纳米管与氧化锌的纳米复合材料，氧化锌层可完美均匀地沉积在碳纳米管表面，这种完美的均匀涂层促进了两种材料之间更好的电荷转移，使其在光催化水净化中非常有效，并允许调整粒径、孔隙率和晶相等性质。
从机械和实际角度来看，有多种制造技术可用于聚合物基纳米复合材料。溶液浇铸法因其简单性和高通用性，仍是合成聚合物基纳米复合薄膜的首选方法。在该方法中，将聚合物前驱体溶解在合适的溶剂中，并与纳米材料混合形成分散液，溶剂蒸发后留下固体纳米复合薄膜。研究人员特别在传感器和膜领域使用这种方法，因为它允许对最终薄膜的厚度进行特定控制，且易于在小规模上改变其性能并进行新材料的基础研究。然而，溶液浇铸法在实验室合成聚合物基薄膜时简单有效，但在工业规模生产中却非常困难，因为小规模生产中的溶剂蒸发和干燥较简单，而大规模生产中对温度、厚度、气流、残留溶剂、污染和缺陷等参数的控制极具挑战性。
2.1.3. Fabrication of ceramic or metallic nanocomposites
机械球磨是一种流行的自上而下技术，主要用于生产陶瓷或金属纳米复合材料。与其他方法相比，该方法可扩展性强、成本低且环保，利用高能球磨机将块状材料研磨成更小的尺寸，并允许大规模生产。但其主要局限性在于污染风险，因为球磨通常使用铁球或钨球，可能与目标材料发生反应；此外，研磨罐也可能造成污染，导致产品纯度较低。在此过程中，无法精确预测所生产材料的粒径和形态，因为其将是具有不同形状和尺寸的异质粉末混合物。尽管如此，该方法仍用于工业规模制造，但不太适用于高性能应用。
另一种用于合成这些陶瓷或金属纳米复合材料的先进方法是气相沉积技术，包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。这些方法允许在原子水平上控制薄膜的成分、均匀性和厚度，对材料性能具有非凡的精度控制，是传感器和太阳能电池等高性能应用的主要原因。然而，这些方法也有其自身的困难，如需要专用设备、巨大的资本投资、复杂的操作过程和非常慢的反应时间。此外，这些方法从根本上设计用于表面涂层，而非生产结构性块体材料，限制了其在环境相关大规模生产中的应用。
2.1.4. Fabrication of advanced functional layered nanocomposite
电化学沉积和逐层组装技术是广泛用于合成高级功能层状纳米复合材料的方法。在该方法中，薄膜是通过在金属离子和纳米颗粒上施加电流来制备的，其特征可以通过调整浓度和电压等参数来改变。类似地，逐层组装方法依靠带相反电荷组分的连续吸附，提供了灵活的纳米尺度设计能力。这两种技术在生产创新薄膜方面各有优势，都能增强特定的传感能力和导电性，使合成的薄膜非常适合电池、传感器或二极管等能源相关应用。然而，实验室中用于确保均匀分散的强力混合技术并不适用于大规模生产，在批量生产中，纳米颗粒往往因团聚而聚集在一起，这种异质结构使纳米薄膜不可靠，不适合商业用途。
2.1.5. Biologically mediated synthesis
目前，材料科学正在生物医学应用领域经历重大变革，正从苛刻的传统化学合成转向环保的生物方法。出于对环境的关注和采用环保方法的需求，该方法结合了植物提取物和微生物等材料，可产生高效、可持续且可重复使用的催化剂。这种环保绿色合成的主要显著优势是前体材料易于获得且具有天然涂层，使其适用于生物传感、药物递送等目标应用。例如，利用乳果糖合成还原氧化石墨烯/氧化亚铜（rGO/Cu2O）纳米复合材料，是环保方法与高性能材料的绝佳结合。
当前研究日益聚焦于利用天然可生物降解材料（如壳聚糖（CS））合成水凝胶，壳聚糖以其高含水量和适合医疗应用而闻名。持续的努力旨在通过将这些天然水凝胶基体与包括碳基纳米材料在内的纳米颗粒整合，开发杂化材料。此类杂化物在保持无毒和可生物降解特性的同时，表现出增强的结构完整性和机械强度。在再生医学中，这种组合对于提升性能和可持续性至关重要，这一趋势广泛应用于绿色合成，并推动了跨学科方法的发展，主要目标是开发安全有效、可用于临床实时应用的先进可持续材料，标志着环境和生物医学技术的重大进步。
2.2. Interrelationship of synthetic protocol and remediation efficacy
利用纳米复合材料从水生环境中去除微塑料主要通过两种机制：物理化学吸附和物理缠结。最初，常见的塑料如PE和PP是疏水的，它们自然会被纳米材料（如GO或碳纳米管）的疏水表面吸引。具体而言，微塑料的芳香环与纳米材料表面之间会发生π–π堆积和范德华力等分子相互作用，尽管范德华力很弱，但由于纳米材料的高比表面积，它们会成为强稳定剂。对于微塑料去除，物理截留是一种关键的非选择性机制。纳米复合材料与多孔材料（如膜、沸石和金属有机框架（MOFs））相互作用，形成复杂的网络充当分子筛，根据尺寸增强对微塑料的机械截留，有效过滤出大于孔径的颗粒。吸附和截留的效率都动态受到环境参数（包括改变表面电荷的pH值和可屏蔽静电相互作用的离子强度）的影响。
一个典型例子是通过非水解溶胶-凝胶路线合成二氧化硅（SiO2）纳米颗粒与聚环氧乙烷（PEO）的复合材料。在该过程中，反应在PEO存在下进行，因此纳米材料与聚合物之间的相互作用发生在分子水平。该过程基于四乙氧基硅烷（TEOS）在PEO链受控环境中的路易斯酸催化缩合反应，从而实现二氧化硅纳米颗粒的可控成核和生长。为了改进这种被动捕获方法，现在设计的纳米复合材料可实现主动修复和高效回收。其中一种突出的方法是絮凝，将纳米复合材料与壳聚糖等生物聚合物反应，这些生物聚合物利用–OH、–NH3等表面官能团形成桥接，产生大的、可沉降的絮体，可轻松从水中去除。在这些反应中，材料通过吸附或絮凝方法捕获微塑料，随后可通过外部磁铁辅助传统过滤方法轻松去除或回收捕获的微塑料。除了这些传统的提取方法外，光催化降解为从废水中去除微塑料提供了一条破坏性途径。当光照发生时，TiO2或g-C3N4等半导体纳米复合材料会产生包括羟基自由基（˙OH）在内的活性氧（ROS），将微塑料矿化为CO2和H2O等无害终产物，这种方法对于解决这一环境问题非常有效。
3. Major nanocomposite categories for microplastic remediation
如今，高级纳米复合材料在微塑料修复中越来越受到依赖，因为它们在捕获、分离和降解污染物方面超越了传统方法。例如，磁性光催化纳米复合材料可以在光照下同时吸附微塑料并将其降解。同样，絮凝剂功能化的磁性水凝胶可将微塑料从水中聚集，以便进行磁分离和后续处理。这些材料实现了高容量吸附、快速磁回收、原位光催化矿化和卓越的去除效率，同时将二次污染物降至最低。在光催化纳米复合材料方面，二氧化钛（TiO2）与银或功能化石墨烯的组合受到了特别关注。在光（紫外线、太阳光）照射下，它们产生ROS，将微塑料分解成CO2和H2O等无害副产物。磁性纳米复合材料，特别是与氧化铁（Fe3O4）结合的复合材料，也通过改变环境修复方式，提供了可分离和可重复使用的支撑系统。这些材料可有效固定化PETase等催化酶，用于靶向聚合物降解，并且在使用后可被巧妙回收，为酶的使用提供了一种更可持续且具有成本效益的替代方案。
先进废水处理的另一个精妙步骤是纳米复合材料改性的膜，这有助于通过双重机制去除微塑料：物理筛分结合化学分解或表面粘附。尽管存在膜污染、规模化以及在复杂废水中去除微塑料所需的高能耗等挑战，但通过整合聚合物纳米复合材料中的先进光催化、磁性和膜功能来解决这些问题，意味着一种保护水生生态系统和人类健康的、前景广阔的多学科策略。
3.1. Carbon-based nanocomposite membranes
碳基纳米材料的吸附效率取决于其定制的表面化学性质和多孔结构。例如，氧化石墨烯（GO）具有层状结构，带有含氧官能团，使其具有亲水性并可进一步改性。其对微塑料的亲和力源于非共价相互作用，主要是GO晶格与芳香族塑料聚合物之间的π–π相互作用，以及与非极性链的疏水相互作用。除GO和碳纳米管（CNT）外，改性生物炭提供了一个可持续的多功能平台。富集其比表面积和活性位点可提高其从废水中去除微塑料的能力。此外，当应用于土壤时，它具有双重益处：长期的碳固存和通过改善保水性、养分有效性和土壤结构来改善土壤。更先进的应用涉及碳基纳米复合膜，通过静电纺丝或相转化将CNT和TiO2整合到聚合物基体中。静电纺丝产生具有高比表面积的纤维垫以捕获污染物，而相转化形成不对称膜以实现可控渗透性。合成过程至关重要，因为最终产物的形态直接影响膜的性能和耐久性。
CNT-TiO2膜的主要机制结合了物理截留和催化降解。CNT因其富电子的疏水表面而有效吸附微塑料，而TiO2纳米颗粒在光激活下产生ROS，分解被捕获的聚合物。该过程的主要限制是复杂性（前驱体必须均匀），如果前驱体不均匀，合成的纳米复合材料会发生团聚，导致比表面积和效率下降。此外，膜的形成是不可逆的，且需要高纯度前驱体和能源密集型工艺，这引发了对其经济可行性的质疑。
3.2. Metal-oxide-based photocatalysts
在高级氧化工艺中，光催化降解对废水中微塑料的修复具有重要影响。使用半导体材料（如ZrO2、TiO2、CeO2、MgO和ZnO）作为催化剂可提高效率。光催化的基本机制是光照射催化剂降解杂质。选择光源能量的主要标准是应等于或大于催化剂的带隙，这种光将电子激发到导带，并在价带中产生带正电的空穴。这种电子-空穴对的分离启动了与水分子和氧气的反应，导致形成高活性的活性氧物种。近年来，研究人员主要关注如何通过改性提高这些光催化剂的效率，主要旨在改善电荷分离并将光吸收扩展到可见光区域。例如，合成的TiO2掺杂半导体纳米复合材料在优化的实验室条件下，对废水中的聚合物链实现了近完全的矿化，这些先进的纳米复合材料显示出约98.4%的高降解效率。
尽管在受控环境下效率可观，但重大挑战阻碍了光催化纳米技术向大规模环境应用的过渡。一个主要的局限性是对特定光激活的依赖；许多光催化剂需要紫外线照射才能达到最佳性能，这需要能源密集型的照明光源。虽然开发可见光响应催化剂的策略正在进行中，但随后面临的从处理过的水性污染物中回收和再利用纳米级颗粒的难题，仍然是一个关键的、经济性的障碍。这种催化剂分离的困难带来了二次污染的风险，并自然增加了运营成本。
3.3. Magnetic iron oxide systems for microplastic remediation
在水处理中，最具持续性的技术挑战之一是经济高效地去除出水中的污染物。纳米材料的最佳应用之一是水处理，高比表面积和反应性使纳米材料在去除水中的微塑料和污染物方面更具特色和有效性，因为使用常规过滤或沉淀方法无法将其去除。如果不能正确反应，就会产生二次污染物并阻碍其可重复使用性。为克服这一问题，一种创新方法是使用磁性铁基纳米颗粒，特别是磁铁矿（Fe3O4）和磁赤铁矿（γ-Fe2O3）。这些铁基材料表现出超顺磁性，即在施加外部磁场时表现出强磁化，可从水悬浮液中快速、方便地收集。重要的是，移除外部磁场后，它们会失去磁性并返回原始状态，这对于创建高级纳米复合吸附剂至关重要。
这些铁基纳米复合材料的一个更高级版本是磁性生物炭，它具有磁性氧化铁和生物炭多孔结构的核壳结构，由生化反应生成。这种材料是从水源中去除微塑料等污染物的高效且可持续的解决方案。这种先进材料结合了生物质衍生碳的高比表面积和官能团与便捷的磁分离能力，这种设计产生了一种多功能材料，可以被污染物填充和饱和，并在反应后有效地回收和再生。如今，这种磁性生物炭正显著提高其工艺经济性和实用性，因为它具有生物炭的固有优势（如广阔的比表面积、复杂的多孔网络、表面官能团和低成本的原料），同时获得了磁分离的新能力。通过将磁响应性与卓越的吸附相结合，这种可扩展、可持续的方法与传统材料相比，显著提高了操作实用性。
基于此基础，研究人员现在专注于开发这类先进的磁性纳米复合材料，以去除水生环境中的微塑料污染。这些颗粒被设计成具有特殊结构，以便主动破坏捕获的微塑料。这些
