上海海洋大学于飞团队: 模拟老化研究揭示可降解塑料更高生态风险

研究背景

废弃塑料在环境中的积累对不同生态系统造成危害，在紫外线的作用下形成微塑料。微塑料与有机污染物在水体中共存，风化微塑料对污染物的吸附能力显著增强。氢键、疏水相互作用、范德华力和静电相互作用是抗生素与微塑料之间的主要结合机制。

微塑料对污染物的吸附能力在一定程度上取决于污染物的特性。微塑料对抗生素和染料具有显著的吸附作用，但同一风化程度的微塑料对不同抗生素和染料是否存在吸附行为差异尚不明确。

论文简介

近日，上海海洋大学于飞教授及同济大学马杰教授带领研究团队对聚乙烯 (PE) 和聚苯乙烯 (PS) 典型塑料，及可降解塑料聚己二酸丁二酯 (PBAT) 进行了长期紫外线交替风化实验，研究了不同粒径微塑料的风化过程和污染物吸附的变化规律，并评估了微塑料对各种污染物的吸附能力。

风化后的PE对偶氮染料有较高的吸附能力，形貌的改变和氢键的增加增强了风化微塑料的吸附能力，对 TC、OFL 的吸附主要通过氢键作用。风化后的 PS 引入C=O、C-O 或 O-H 基团，增强与污染物之间的氢键作用。风化后的 PS 对 TC、CIP、中性红和亚甲基蓝的平衡吸附量分别增加了 58%、138%、381% 和 469%。PBAT在风化前后的吸附能力有显著差异。PBAT 对 CIP 的平衡吸附量从0.62 mg g−1增加到 6.22 mg g−1，对中性红的平衡吸附量从 2.92 mg g−1 增加到 12.70 mg g−1。这表明PBAT比常规微塑料具有更强的污染物负荷能力。PBAT 含有杂原子使其更容易发生化学风化，PBAT 老化后对污染物的最大吸附量约为 PE 的 10 倍。

图1微塑料在紫外线风化前后的SEM图像，（a1和a2）原始PE；（b1和b2）PE风化120天；（c1和c2）原始PS；（d1和d2）PS风化60天；（e1和e2）原始PBAT；（f1和f2）PBAT风化120天。

图2 MP的FTIR图像，（a）PE-30；（b） PE-125；（c） PS-75；（d） PBAT-150。

图3不同粒径的抗生素和染料风化PE前后的吸附行为，（a）TC在PE上的吸附；（b） OFL在PE上的吸附；（c） 亚甲基蓝在聚乙烯上的吸附；（d） 中性红在PE上的吸附。

图4 PS和PBAT与污染物风化前后的吸附行为。（a） 抗生素（TC和CIP）在PS上的吸附；（b） 染料（甲基蓝和中性红）在PS上的吸附；（c） 抗生素（TC、OFL和CIP）在PBAT上的吸附；（d） 染料（甲基蓝和中性红）在PBAT上的吸附。

因此，可降解塑料可能比传统塑料具备更高的生态风险。我们建议监测染料废水中微塑料的存在，并进一步研究 PBAT 在其他生态系统中的环境行为。

该成果以“Characteristics and adsorption behavior of typical microplastics in long-term accelerated weathering simulation”(《典型微塑料长期加速模拟老化的特性及吸附行为研究》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Environmental Science: Processes & lmpacts 上。

论文信息

Characteristics and adsorption behavior of typical microplastics in long-term accelerated weathering simulation

Fei Yu, Qiyu Qin, Xiaochen Zhang and Jie Ma* (马杰，同济大学)

Environ. Sci.: Processes Impacts, 2024, 26, 882-890

https://doi.org/10.1039/D4EM00062E

作者简介

于飞，上海海洋大学教授。主要从事新污染物污染控制与资源化研究，通过建立机器学习识别模型明晰微纳塑料风化特征、环境行为，以及新污染物电容去离子新技术研发。主持国家自然科学基金项目面上项目、青年基金等项目十余项，获得上海市自然科学奖二等奖、河南省科技成果奖一等奖、河南省自然科学奖三等奖、中国化工学会基础成果奖二等奖、优秀研究生导师等称号。累积 19 篇论文入选 ESI 高被引/热点论文，连续多次入选“全球前 2% 顶尖科学家年度科学影响力榜单”和“终身科学影响力”榜单，入选 2023 爱思唯尔中国高被引学者。

马杰，同济大学教授，博士生导师，长期致力于（电）吸附分离污染控制技术研究和应用，主持4项国家自然科学基金及多项省部级课题，在 Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., Nano Let., Adv. Sci., Small, Research, Water. Res., Environ. Sci. Technol. 等期刊以第一/通讯作者发表 SCI 论文 150 余篇，ESI 高被引/热点论文 25 篇/次，论文被引 10000 余次，参编英文专著 3 部，授权中国发明专利 20 项。担任 Sci. Rep.、Chinese Chem. Lett.、Sustainable Horizons、物理化学学报等期刊编委，Nanomaterials、Frontiers in Environmental Science 客座编辑，中国化学会高级会员、中国有色金属学会环境保护学术委员会委员等，入选“上海市人才发展基金”、同济大学“中青年科技领军人才”和人才计划等，获上海市自然科学二等奖（排名第一），河南省自然科学奖三等奖、中国化工学会基础研究成果奖二等奖等，2016-2019 连续四年荣获 Publons 环境与生态及交叉学科领域“顶级审稿专家”荣誉，担任中国环境科学学会年会《环境修复材料》分会主席，中国材料大会《环境分离净化材料与技术》分会主席，入选科睿唯安“交叉学科”领域全球“高被引科学家”、全球前 2% 顶尖科学家-“终身科学影响力排行榜”和“年度科学影响力排行榜”。

（来源：RSC Sustainable Science ，2024-06-19）