模拟环境老化对PE微塑料吸附Zn(II)的影响

探讨了酸处理（1mol/L HCl）、碱处理（1mol/L NaOH）、氧化处理（30% H₂O₂）和高温-冻融处理（70℃和-22℃交替）4种老化方式对聚乙烯（PE）微塑料表面性质和Zn（II）吸附行为的影响.结果表明,4种老化方式均使PE微塑料表面出现大量的粗糙褶皱结构,但未改变表面化学结构.4种老化方式均导致PE微塑料Zn（II）吸附量的增加,其顺序为：碱处理 > 酸处理 > 氧化处理 > 高温-冻融处理 > 原样.PE微塑料吸附Zn（II）的动力学过程符合Lagrange准二级吸附动力学和W-M颗粒扩散模型,说明吸附过程是多个吸附阶段共同作用的结果,吸附等温线符合Langmuir和D-R模型,证实PE微塑料对Zn（II）的吸附属于物理吸附,老化使PE微塑料表面出现的大量褶皱是其Zn（II）吸附量增加的主要原因.     

微塑料老化对水土环境中磷吸附行为的影响

作为一种具有吸附能力的新型污染物，微塑料对环境中污染物的吸附作用会加剧其对环境的污染。该文通过紫外灯照射120 d对聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）3种微塑料进行老化处理，研究老化作用对微塑料吸附水土环境中磷的影响。结果表明，老化过程使微塑料表面出现大量褶皱、碎片和沟壑，比表面积增大，含氧官能团数量显著增加。相比于原始塑料，老化微塑料对磷的吸附量均有所增加，由此说明老化过程提高了微塑料的吸附能力。老化前后微塑料对磷吸附行为均较好地符合准二级动力学模型（R2>0.964），表明老化前后微塑料对磷的吸附是以化学吸附为主。老化前后的微塑料更符合Langmuir等温吸附模型（R2>0.961），表明磷在各微塑料上吸附以单层吸附为主。p H对微塑料吸附磷影响显著，老化前后的微塑料随pH的增加对磷的单位吸附量均呈“U型”趋势，且老化后微塑料的吸附量均高于老化前。在pH为9时老化PE、PS、PVC对磷的吸附量达到最大，分别为0.752、0.758、0.896 mg/g。随土壤中微塑料添加比例的增大，土壤-微塑料体系对磷的吸附量提升有限；相较于添加原始微塑料的土壤-微塑...     

老化前后微塑料对富里酸的吸附

由于微塑料（MPs）在地表水环境中的广泛存在以及对水中有机污染物的较强吸附能力,其与地表水中天然有机物间的相互作用不容忽视.为深入了解微塑料对天然有机物的影响,开展了老化前后聚酰胺66（PA66）和聚丙烯（PP）两种微塑料吸附富里酸（FA）的研究.结果表明,老化前后的微塑料吸附富里酸的试验数据较好地拟合了准二级动力学模型（R²>0.94）,吸附平衡在48 h以内达到,且PA66对富里酸的吸附能力要好于PP,老化过程可促进微塑料对富里酸的吸附.吸附等温数据则较好地拟合了Freundlich模型,吸附过程以多层不均匀的物理吸附为主,热力学结果显示该吸附过程是自发的吸热反应.随着pH的增加,老化前后微塑料对富里酸的吸附能力先降低后增加.解吸试验表明富里酸在超纯水中的解吸率皆高于地表水,且老化后的解吸率皆小于老化前.老化过程对微塑料的结构有较大的影响,老化后两种微塑料的比表面积都大幅增加且表面粗糙度增大,但官能团的变化较小.微塑料的比表面积和极性是影响吸附过程的主要因素,老化前后微塑料对富里酸的吸附机制主要是疏水作用和π-π相互作用.     

老化作用对微塑料吸附四环素的影响及其机制

微塑料（MPs）和抗生素同为新型污染物,微塑料可以在水环境中吸附抗生素并作为其载体而共同迁移,而微塑料会在环境中不断地老化,其吸附能力和吸附机制也会随之改变.以聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）为目标MPs,通过紫外法（UV-254）进行照射,对比老化前后微塑料颜色、表面形态和官能团等理化特性改变,以及其对四环素（TC）吸附的影响,探讨了相关影响机制.结果表明,准二级动力学模型能较好地模拟吸附过程,在24 h内达到吸附平衡,老化微塑料对TC的吸附量明显高于原始微塑料,且PS的吸附量高于PE.Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地描述吸附等温试验数据,TC在微塑料上的吸附是自发的和吸热的物理吸附过程,老化作用对微塑料吸附热力学特性无明显影响.随着pH值的增加,吸附量先增大后减小,老化前后的微塑料均在pH=5时达到最大吸附量.紫外老化增加了微塑料的比表面积,生成了—C＝O、—OH和O＝C＝O等含氧官能团,改变了微塑料的理化特性,从而改变了微塑料对TC的吸附机制：相比原始PE微塑料,老化PE除了疏水分配、范德华力和静电作用外,孔填充也是吸附的重要机制;原始PS微塑料的主要吸附机制为疏水分配、范德华力、π-π作用和静电作用,老化PS则增加了氢键和孔填充作用.     

微塑料老化对四环素吸附行为的影响

微塑料吸附有机污染物会加剧其对水环境的污染.该研究以四环素（TC）为目标污染物,通过过硫酸老化聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯（PP）3种微塑料,研究其对TC的吸附行为的影响.结果表明:①过硫酸盐老化使3种微塑料表面出现大量褶皱、碎片和沟壑,比表面积增大及含氧官能团含量显著提高.②原始PET和PP吸附TC的动力学过程符合准一级动力学模型,而PLA以及老化PET和PP均符合准二级动力学模型,属于化学吸附;PLA和PET对TC的吸附符合Langmuir等温吸附模型,以单分子层吸附反应为主,而老化PP则更符合Freundlich等温吸附模型;拟合参数中,老化PLA与PET最大表观吸附量分别可达2.293和3.617 mg/g.③pH对微塑料的吸附能力有较大的影响,且pH为7时对老化PP影响最大,其对TC的吸附值为1.214 mg/g.研究显示,微塑料作为TC的有效载体,其老化会加重对水体的迁移毒性作用.      

老化微塑料对水体中重金属铜和锌的吸附行为研究

微塑料（Microplastics,MPs）在水环境中可以作为重金属载体,对金属离子的迁移和毒性效应产生较大影响.本文开展了紫外光老化后的聚丙烯（Polypropylene,PP）和聚乙烯（Polyethylene,PE）对两种重金属离子Cu²⁺和Zn²⁺在单一和二元复合体系中的吸附行为研究.通过拟一级和拟二级动力学模型研究发现,微塑料对重金属离子的吸附过程更符合拟二级动力学过程,利用Langmuir模型和Freundlich模型对吸附等温线结果进行拟合,结果表明,在单一体系中,相同老化条件下的PP相比PE对金属离子的平衡吸附量更高,且对Cu²⁺的吸附量均大于对Zn²⁺;在二元复合体系中,由于竞争吸附作用,MPs对重金属离子的吸附量小于在单一体系中的吸附量,且MPs对重金属离子的吸附过程更符合Freundlich模型,即吸附主要以多层吸附为主.吸附热力学研究表明,老化PP和PE微塑料对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附行为属于自发吸热过程.微塑料PP和PE吸附前后对莱茵衣藻的毒性试验结果表明,微塑料存在均对藻类的生长有抑制作用,但吸附重金属后的微塑料对藻的生长抑制率有所降低.通过藻的酶活性（包括超氧化歧化酶（SOD）,丙二醛（MDA）和过氧化氢酶（CAT））的测定结果表明,微塑料对藻造成一定的氧化损伤,而吸附重金属后的微塑料的毒性作用下降.本论文可以为环境中微塑料存在下复合污染物的竞争吸附行为和联合生态效应研究提供理论依据.     

可降解微塑料对铜和锌离子的吸附解吸特性

为了评估可降解微塑料对共存污染物的载体效应,对可降解微塑料PLA（聚乳酸）对重金属污染物（Cu²⁺、Zn²⁺）的吸附和解吸行为进行了探究,同时选择常规微塑料PP（聚丙烯）进行对照实验.在紫外老化过程中,微塑料（MPs）均表现为表面出现裂纹、凹坑,比表面积增大,负电荷增多,含氧官能团强度增强,亲水性增强.较之PP,PLA在紫外老化过程中理化性质的改变尤为明显.老化后MPs的吸附能力远大于老化前,老化PLA对Cu²⁺的最大吸附量可达5.56mg/g,约为新制PLA（2.27mg/g）的2.5倍;老化前后PLA对重金属的吸附量均高于PP.解吸实验表明,老化后MPs对重金属的解吸率均低于老化前,而老化前后PLA对Cu²⁺、Zn²⁺的解吸量及解吸率均高于PP.较之胃液环境,老化前后MPs对金属离子的解吸更易在肠液环境中进行.说明PLA相对于PP对重金属具有更强的载体作用,且PLA更容易将重金属污染物释放到人体内,进而对人体健康造成威胁.     

海水环境因子对聚乙烯微塑料吸附锌离子行为的影响研究

聚乙烯（PE）微塑料是一种新型海洋污染物,易与海水中的锌离子（Zn2+）吸附产生复合生态毒性,危害海洋生态系统。不同海水环境因子对PE微塑料吸附Zn2+行为的影响不同,本文探究了Zn2+浓度、微塑料的投加量、盐度和pH等对3种不同目数的PE微塑料吸附Zn2+行为的影响,并对其吸附动力学和热力学进行了讨论。结果表明,3种不同目数的PE微塑料对Zn2+的最佳吸附时间均为4 h;吸附能力为30目<100目<500目,最大平衡吸附量分别为1.428 mg/g、1.454 mg/g和1.498 mg/g;盐度（0～10）对吸附量的抑制率为7%;吸附量随pH的增加而增加,3种目数PE微塑料的最佳投加量均为0.1 g。Freundlich模型为最佳等温吸附方程,3种目数PE微塑料的拟合相关系数R2均大于0.982（p < 0.01）,说明存在多层化学吸附。准二级动力学方程为最佳吸附动力学方程,3种目数PE微塑料拟合相关系数 R2均大于0.991（p < 0.01）,表明该吸附过程主要为化学吸附。吸附热力学 ?G < 0, ?H > 0,说明PE微塑料对Zn 2+的吸附为自发吸热过程。     

铅离子和四环素在微塑料表面的吸附机理与协同效应

水环境中存在的微塑料能够显著地影响无机或者有机物污染物的迁移和转化.本文探究了Pb （II）和四环素（TC）在聚氯乙烯（PVC）和聚酰胺（PA）微塑料上的吸附特征与作用机制.结果表明,在二元体系中,TC与Pb （Ⅱ）相互促进在PVC和PA表面上的吸附行为,呈现出协同效应.PA和PVC对TC的吸附等温线呈高度的线型,而PA对Pb （II）的吸附过程则符合Langmuir模型.溶液pH值显著地影响TC和Pb （II）在PVC和PA表面的吸附.溶液中NaCl的存在明显地降低了PA对Pb （Ⅱ）的吸附,但对TC吸附特征影响很小.傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析表明,PVC主要通过疏水相互作用键合TC,而PA则主要通过氢键和疏水相互作用与TC作用,通过静电相互作用与Pb （II）结合.本研究结果加深了对微塑料与污染物之间作用机制的理解,可为环境中微塑料风险评估提供一定的科学依据.     

微塑料对沸石吸附水体氨氮的影响及其机制

以自然环境广泛存在的聚苯乙烯微塑料和丝光沸石为吸附剂,通过序批式吸附实验对比研究了微塑料和沸石两种单一体系,以及沸石和微塑料共存的复合体系下吸附剂分别对氨氮吸附过程的影响及其机制.结果表明,在3种体系下吸附剂对氨氮的吸附过程均符合准二级动力学模型以及Freundlich等温吸附模型.单一和复合体系下沸石对氨氮的吸附是吸热熵增过程,而微塑料吸附氨氮是放热和熵减的过程;沸石（74.85%）和复合体系吸附剂（82.68%）对氨氮的去除率在pH=6时均达最大值,而微塑料吸附氨氮随pH的提高而逐渐增大;腐殖酸对沸石吸附氨氮具有明显的抑制作用,去除率从60.29%降低至17.35%,而对微塑料的吸附作用影响较小.傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析结果表明,沸石主要通过氢键和静电引力吸附氨氮,而微塑料通过影响沸石表面O—H和Si/Al—O基团改变了其对氨氮的吸附性能.     

富里酸在聚苯乙烯微塑料上的吸附行为

主要探究富里酸(FA)在聚苯乙烯(PS)和HBCD-PS复合物(HBCD-PS)微塑料上的吸附特性与作用机制.结果表明, PS对FA几乎没有吸附效果, 然而HBCD的存在显著地促进了FA在HBCD-PS上的吸附行为.W-M颗粒内扩散和Boyd扩散模型证实了HBCD-PS对FA的吸附过程主要受颗粒内扩散控制.HBCD-PS对FA的吸附过程更加符合准二级动力学和Freundlich模型.溶液pH值和NaCl含量显著地影响HBCD-PS对FA的吸附量. HBCD-PS主要通过疏水和静电相互作用与FA结合.此外, 重金属离子(Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ))的存在促进了FA在HBCD-PS上的吸附, 这与它们之间的络合能力呈正相关.     

微塑料的老化特性、机制及其对污染物吸附影响的研究进展

针对微塑料的老化特性、机制及其对污染物吸附的研究进展进行了归纳总结：（1）微塑料在环境中经长期老化,其表面变得粗糙不平,部分呈现薄片状脱落,造成比表面积增加,同时在光照、氧气等老化因子作用下,形成羟基、羧基等含氧官能团;此外由于微塑料长期受到老化作用,其聚合物中的长链发生断裂,引起结晶度的变化.（2）微塑料老化过程主要涉及多方面：物理层面上,受到外界剪切力和拉伸力的作用引起聚合物内部的分子链断链,破坏其稳定结构;化学层面上,光氧化降解是其主要的老化机理;生物层面上,通过定殖生物在微塑料表面形成的生物膜引起其物理、化学特性（粗糙度、表面电荷、表面自由能）的变化.（3）微塑料老化后对污染物的吸附能力增强,吸附主要通过范德华力、静电作用、络合作用、疏水作用、氢键等作用方式吸附重金属和有机污染物.未来应加强微塑料在真实自然环境中老化特征及同多种污染物的交互作用的研究,以模型量化表示其内在联系,为科学合理地认识微塑料的环境行为及生态风险评估提供理论依据.     

微塑料加速老化及分离过程的实验研究

微塑料自然老化的长期性严重限制了老化微塑料的相关研究. 为了加速微塑料老化,并提高实验室分离效果,以高密度聚乙烯微塑料(high-density polyethylene,HDPE)为试验材料,通过单紫外(UV)和紫外活化过硫酸盐(UV+P)两种方法加速模拟微塑料自然老化,并基于老化过程中微塑料特性的改变,改进分离方法. 将虹吸管插入静置分层后的澄清液面底部,打开真空抽滤机使液体缓缓注入抽滤瓶,一方面分离浮于上部的微塑料,另一方面有效过滤澄清液体中的部分微塑料,以提高样品分离效率;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和羰基指数(carbonyl index,CI)分别表征微塑料老化前后的形貌、官能团变化和老化程度. 结果表明:①相比于UV处理的微塑料,UV+P处理的微塑料具有更强的亲水性,表现在分离时长的显著性差异上(P<0.05). ②UV和UV+P两种老化方法产生的小分子有机物,通过4次清洗达到较高的去除率,分别为95.29%、94.71%. ③该分离方法下两种老化微塑料都有较高的样品产率,分别为84.63%(UV)、86.63%(UV+P). ④通过SEM观察到,与原始微塑料相比,老化后的微塑料表面出现明显裂纹、缝隙及小孔,且两种老化方法得到的微塑料其表面形态有所差异. ⑤FTIR图谱下,老化微塑料有异于原始样品的特征峰出现,主要为羰基峰及羟基峰. ⑥CI分析表明,HDPE在5 d内即可达到较高的老化程度,此时CI分别为0.39(UV)、0.49(UV+P). 研究显示:单紫外(UV)和紫外活化过硫酸盐(UV+P)两种老化方法均能获得亲水性、表面形态和官能团有异于原始微塑料的样品;改进的分离方法能够快速、高效地获取样品.      

The adsorption behavior of metals in aqueous solution by microplastics effected by UV radiation

Microplastics are considered as the carrier to heavy metals in the environment. But the sorption ability of microplastics influenced by photo-aging is remaining unclear. In the present study, the sorption of two kinds of metal ions (Cu²⁺ and Zn²⁺) in the aqueous solution by both the virgin and aged microplastics was investigated. Polyethylene terephthalate (PET) debris, one of the typical kinds of microplastics was chosen in this study. Photo-aging of microplastics in environment was simulated using UV radiation in the laboratory. Date analysis indicated that the aged microplastics had higher adsorption capacity of heavy metals than original ones. This could be related to the increased surface area and oxygen containing function appeared in the surface of aged microplastics after UV radiation. When prolonging the time of radiation, the enhanced adsorption capacities of microplastics appeared for Cu²⁺ and Zn²⁺. These results showed a great interaction between the aging degree of plastics and sorption capacity to heavy metals. Meanwhile, external conditions including temperature and pH value were also showed great influence to the adsorption behavior.     

Mechanism of Cu(Ⅱ) adsorption inhibition on biochar by its aging process

Biochar exposed in the environment may experience a series of surface changes, which is called biochar aging. In order to study the effects of biochar aging on Cu（Ⅱ） adsorption, we analyzed the surface properties before and after biochar aging with scanning electron microscopy（SEM） coupled to an energy-dispersive X-ray spectrometer（EDX） and diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy（DRIFTS）, and then explored the influence of the aging process on Cu（Ⅱ） adsorption by batch experiments. After the aging process, the oxygen concentration, phenolic hydroxyl groups, aromatic ethers and other oxygen-containing functional groups on the biochar surface increased, while carboxyl groups slightly decreased. Thus, over a range of pH, the cation exchange capacity（CEC） and adsorption capacity of Cu（Ⅱ） on the aged biochar were smaller than those of new biochar,indicating that when biochar is incubated at constant temperature and water holding capacity in the dark, the aging process may inhibit Cu（Ⅱ） adsorption. Meanwhile, the dissociation characteristics of oxygen-containing functional groups changed through the aging process, which may be the mechanism by which the biochar aging process inhibits the Cu（Ⅱ） adsorption. Carboxyl groups became more easily dissociated at low pH（3.3–5.0）,and the variation of maximum adsorption capability（qm） of Cu（Ⅱ） on the old biochar was enlarged. Phenolic hydroxyl groups increased after the aging, making them and carboxyl groups more difficult to dissociate at high pH（5.0–6.8）, and the variation of qmof Cu（Ⅱ） on the aged biochar was reduced.     

类水滑石Mg/Zn/Al焙烧产物对高氯酸盐的吸附

利用类水滑石Mg/Zn/Al的焙烧产物对ClO-4进行吸附性能研究,通过类水滑石表面结构X射线衍射分析并探讨其吸附等温、动力学模型,并研究了焙烧温度、Mg/Zn/Al质量比、溶液pH值、吸附时间及吸附剂投加量等因素对类水滑石Mg/Zn/Al吸附ClO-4的性能影响.结果表明在500℃下焙烧4 h,Mg/Zn/Al质量比为2∶1∶1的类水滑石对ClO-4去除效果较好,吸附容量最大且对溶液pH值有较好的适用范围.经500℃焙烧的类水滑石吸附ClO-4的动力学拟合结果符合二级反应动力学模型,吸附等温线符合Langmuir及Freundlich吸附等温模型.