腐殖酸和pH对典型轮胎磨损颗粒迁移行为的影响机制

轮胎磨损颗粒(Tire wear particles,TWPs)作为微塑料(Microplastics,MPs)的重要种类之一,当下其生态风险已受到生态学家的高度重视。通常,颗粒型污染物的环境行为过程是其生态风险的重要影响因素。然而,TWPs在土壤等多孔介质中的迁移过程及影响机制至今尚未见报道。选择冷冻破碎制备的冷冻破碎轮胎磨损颗粒(C-TWPs)以及道路磨损产生的滚动摩擦轮胎磨损颗粒(R-TWPs)和滑动摩擦轮胎磨损颗粒(S-TWPs)为典型研究对象,以石英砂柱来模拟研究TWPs在土壤等环境多孔介质中的迁移行为,并探究天然有机物腐殖酸(HA)及不同pH(4、7和10)环境对以上三种类型TWPs迁移行为的影响。结果显示:HA(50 mg·L^(-1))能够显著增强三种类型TWPs的迁移性,并且在HA(50 mg·L^(-1))存在下,不同pH(4、7和10)对TWPs迁移行为影响不同,中碱性环境(pH=7/10)更有利于TWPs的迁移。主要原因在于,HA存在或(和)中碱性环境有利于(同时)增大TWPs和石英砂颗粒表面的Zeta电位值(绝对值),此时,一方面TWPs的分散性得到改善,有较小的粒径分布,另一方面增加了TWPs和石英砂颗粒间的静电排斥力,有助于TWPs的迁移。值得注意的是,HA存在和不同pH环境条件下,低温破碎制备的C-TWPs的迁移性较R-TWPs和S-TWPs强,主要由于C-TWPs制备时携带有较多的负电荷、较小的等电点和较强的疏水性,上述性质也可促使其吸附更多的HA,从而加强其电负性;而R-TWPs和S-TWPs由于粘附了道路矿物、金属盐或灰尘而减弱以上性质,表面具有较小的电负性。研究结果揭示了不同类型TWPs在自然界中地球化学迁移行为的差异性,并暗示了研究源头性质(排放方式)以确定同种材质微塑料环境行为及生态风险内在差异的必要性。