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微塑料(MPs)是广泛存在于天然水体中的一类污染物,其环境行为和生态风险已引起了越来越多的关注。MPs在太阳光照射下会发生老化,尤其是漂浮和悬浮在水体之中的MPs,其理化性质会发生显著改变进而影响其环境行为和风险。水体中存在的多种成分(如无机离子和有机质)可能会与MPs在光老化过程中发生相互作用,影响MPs的老化过程,目前对这些过程和机制尚不清楚。基于此,本论文将重点研究水环境中广泛存在的无机离子(HCO3-、NO3-、Cl-、Br-、Fe3+、NH4+、Na+、Ca2+)及腐殖酸(humic acids,HA)对聚苯乙烯微塑料(PS-MP)光老化的影响,通过对PS-MP的光老化动力学及老化过程中活性物质的分析来阐明无机离子和HA对PS-MP光老化的影响机制,主要结果如下:(1)探究了水环境中常见的无机阴离子(HCO3-、NO3-、Cl-和Br-)对PS-MP光老化的影响。通过SEM、XPS、FTIR等表征及光老化动力学分析证实了在模拟太阳光老化过程中,这些阴离子的存在导致了PS-MP的形貌、官能团、羰基指数(CI)和分子量更显著的变化,且其CI随光老化时间的变化符合准一级动力学模型。PS-MP在环境相关浓度阴离子溶液(0.6 mmol/L HCO3-、1.2 mmol/L NO3-、0.1 mol/L Cl-和0.1 mmol/L Br-)中的光老化速率常数(k)分别为0.0074 d-1、0.01001 d-1、0.00783 d-1和0.00888 d-1,显著高于超纯水体系(k=0.00705 d-1)。电子顺磁共振技术(EPR)和自由基淬灭试验表明,PS-MP的间接光老化主要由新生成的活性自由基介导,其中NO3-因具有光敏性促进了羟基自由基(·OH)的产生从而加速了PS-MP的间接光老化。卤素离子(Cl-和Br-)能诱导活性卤素物种(Reactive halogen species,RHS)生成,这些RHS促进了PS-MP的间接光老化过程。HCO3-作为·OH的淬灭剂,并没有对PS-MP光老化产生抑制作用,这是由于PS-HCO3-体系中产生了CO3·-,CO3·-对PS-MP有较强的氧化作用。(2)深入研究了水环境中常见的无机阳离子(Fe3+、NH4+、Na+和Ca2+)对PS-MP光老化的影响。SEM、XPS、FTIR等表征表明Fe3+和NH4+对PS-MP的光老化有一定抑制作用,而Na+和Ca2+对PS-MP的光老化无显著影响。PS-MP在各阳离子溶液中的光老化符合准一级动力学模型。Fe3+(5μmol/L)和NH4+(0.1 mmol/L)均抑制了PS-MP的光老化,其k值分别从超纯水体系的0.00705 d-1分别下降到0.00618 d-1和0.00644d-1(P<0.05)。在1 mmol/L Ca2+和10 mmol/L Na+体系中,PS-MP光老化的k值分别为0.00684 d-1和0.00667 d-1,这与PS-H2O的k值无显著差别(P>0.05),因此Ca2+和Na+对PS-MP的光老化无显著影响。通过对这些离子的紫外-可见光吸收光谱分析发现,Fe3+通过光屏蔽效应抑制了PS-MP的光老化。而NH4+通过与·OH反应降低了反应体系中·OH的浓度,从而抑制PS-MP的间接光老化。(3)探究了HA对PS-MP光老化的影响及作用机制。通过SEM、XPS、FTIR等表征证实了10 mg/L的HA对PS-MP的光老化起促进作用,该浓度下PS-MP的氧化程度最高。5 mg/L和7.5 mg/L的HA对PS-MP的光老化起明显抑制作用,且不同浓度HA体系中PS-MP的光老化均符合准一级动力学模型。其中,5 mg/L HA体系中PS-MP的k值为0.00509 d-1,显著低于超纯水体系的k值(0.00705 d-1)。当HA浓度增加到7.5 mg/L时,k值为0.00634 d-1,该浓度HA对PS-MP光老化的抑制作用相较于5mg/L时减弱。而当HA浓度增加到10 mg/L时,k值增加到0.00864 d-1,此HA浓度能够促进PS-MP的光老化。紫外-可见光吸收光谱表明HA可以与PS-MP竞争光子产生光屏蔽作用,同时活性氧(ROS)检测及淬灭试验表明HA在光照下可产生ROS(·OH、~1O2)。在5 mg/L和7.5 mg/L的HA体系中,光屏蔽作用大于产生ROS的作用从而抑制PS-MP的光老化。而10 mg/L的HA产生ROS的作用大于光屏蔽作用,从而促进PS-MP的光老化。综上所述,天然水体中常见的阴阳离子及HA能对PS-MP的光老化产生影响。本文清晰地展示了PS-MP在不同环境条件下的光老化过程,明确了各无机离子及HA对PS-MP光老化的影响机制,这些结果将为认识水生系统中MPs的环境行为提供重要理论支撑。