【摘 要】
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微塑料作为一种新兴污染物,由于其粒径较小且性质稳定,并能对水生生物产生毒性效应,近几年得到了越来越多的研究和关注。排放到水环境中的微塑料颗粒经过水解、光氧化、热氧化、生物降解和机械破碎等风化作用后,其表面形态和理化性质均会发生不可逆的变化,从而产生更高的环境危害和生态风险。微塑料在众多的风化途径中,光老化过程当前被认为是影响微塑料理化性质变化最主要的途径,通过影响微塑料的分子排列改变微塑料的机械性
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微塑料作为一种新兴污染物,由于其粒径较小且性质稳定,并能对水生生物产生毒性效应,近几年得到了越来越多的研究和关注。排放到水环境中的微塑料颗粒经过水解、光氧化、热氧化、生物降解和机械破碎等风化作用后,其表面形态和理化性质均会发生不可逆的变化,从而产生更高的环境危害和生态风险。微塑料在众多的风化途径中,光老化过程当前被认为是影响微塑料理化性质变化最主要的途径,通过影响微塑料的分子排列改变微塑料的机械性能,并进一步破碎形成粒径更小的二次颗粒。然而微塑料在水环境中的光老化过程通常会受到多种因素共同影响,例如聚合物理化性质、塑料添加剂和水质因子(卤素离子和天然有机质)等。因而系统研究水环境中微塑料的光老化过程及影响因素对于全面评估老化微塑料的环境行为、毒理学效应及生态风险具有重要意义。据此,本文以聚丙烯微塑料为研究对象,首先探究了不同水环境介质(超纯水、淡水、河口水和海水)中聚丙烯微塑料的光老化过程。其次从塑料自身角度出发,探究了塑料添加剂在微塑料光老化过程中的重要作用。最后考察了水环境中不同老化程度的烯微塑料对三氯生(TCS)吸附性能差异,以评估老化微塑料对水环境中有机污染物分布归趋行为的影响。水质条件对微塑料老化过程的影响方面,结果表明聚丙烯微塑料在淡水、河口水和近岸海水中的老化过程会受到明显的抑制。淡水中天然有机质(NOM)和硝酸根(NO3-)为抑制聚丙烯微塑料光老化过程的主要因素。NOM对聚丙烯微塑料光老化过程的抑制机制主要是由于NOM在光照条件下能够消耗微塑料产生的超氧负离子(O2·-)和羟基自由基(HO·),进而抑制微塑料的间接光老化过程。此外,NOM能够吸附在微塑料的表面,并通过光屏蔽作用抑制微塑料的直接光老化过程。然而在河口水和近岸海水中,氯离子(Cl-)则是抑制聚丙烯微塑料光老化过程的重要因素。由于Cl-在光照条件下能够产生大量的双氯自由基(Cl2·-),它能与微塑料产生的氢过氧自由基(HO·)反应,加速了超氧负离子(O2·-)的消耗,从而抑制了微塑料光老化过程。塑料添加剂影响方面,比较了不含添加剂的聚丙烯微塑料原料与含添加剂的聚丙烯微塑料商品材料(餐盒和茶杯)在模拟海水中的光老化特征差异,含添加剂的微塑料商品材料(餐盒和茶杯)的光老化速率受到了明显的抑制,且抗氧剂168(3(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)是抑制商品聚丙烯微塑料光老化过程的主要因素。由于抗氧剂168能与微塑料产生的氢过氧化物反应,抑制体系中HO·的生成,从而抑制聚合物的链式反应。此外,通过比较原始和老化聚丙烯微塑料对水中三氯生(TCS)的吸附性能,我们发现聚丙烯微塑料颗粒对TCS的吸附性能随着微塑料老化程度的增加而不断增大。老化微塑料对TCS吸附性能的促进主要是由于老化过程能够降低微塑料粒径和结晶度、增加微塑料的比表面积和粗糙度,并为吸附污染物提供更多的有效位点。此外水中Ca2+和Na+也是影响老化微塑料对TCS吸附的重要因素,其影响机制主要在于水中阳离子能降低TCS的溶解度,促进TCS从水中析出,增大与微塑料的相互作用几率。研究结果揭示了阳离子在老化聚丙烯微塑料吸附TCS过程中的重要作用。总的来说,论文的研究结果强调了卤素离子和天然有机质在微塑料光老化过程中的重要作用,同时也证实了塑料在不同水环境介质中可能存在差异性的老化周期和老化机制。除此以外,塑料添加剂,尤其是抗氧化剂也在微塑料老化过程中起到了重要作用。研究结果为全面评估老化微塑料的环境行为、毒性效应及水环境生态风险提供理论支持。
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