可降解微塑料对磺胺嘧啶的吸附行为研究

微塑料作为载体可吸附水中抗生素,对其环境行为和毒性效应产生影响,但目前研究主要集中于不可降解微塑料,不同类型可降解微塑料对抗生素吸附行为的研究较少。文章选取目前广泛使用的聚乳酸(PLA)和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)为可降解微塑料的代表,以磺胺嘧啶为目标抗生素,系统研究其在不同微塑料表面的吸附特性及作用机理。结果表明,PLA和PBAT对磺胺嘧啶的吸附在24 h达到平衡,其平衡吸附量分别为0.746 mg/g和0.716 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学模型,表明吸附过程受多种因素影响,其中液膜扩散为主要限速步骤。Freundlich模型对等温吸附过程拟合效果较好,表明2种微塑料对磺胺嘧啶的吸附过程均为非均相多层吸附,且D-R模型进一步表明以物理吸附为主。不同pH值对2种微塑料吸附磺胺嘧啶的影响趋势一致,在pH 4~9范围内,吸附量均随着p H值的增大而降低。2种微塑料的分子结构、比表面积和官能团对其吸附能力及机理影响较大,PLA主要通过范德华力和氢键吸附磺胺嘧啶,而PBAT则通过范德华力、氢键和π-π相互作用与磺胺嘧啶结合。该研究结果有助于深入理解水环境中可降解微塑料与共存抗生素间的相互作用,揭示可降解微塑料作为抗生素载体的能力,为更好地评估这2种污染物的环境风险提供理论基础。

日化用品中微塑料降解的研究进展

直径小于5mm的微塑料作为一种新型的环境污染物,日益引起关注。概述了日化用品中的微塑料类型、微塑料的危害及生物降解方法,对降解机理进行了阐述,并提出了微塑料降解的发展方向。

生物降解微塑料的机制和研究现状

综述微塑料的种类、危害以及生物降解微塑料的影响因素以及昆虫、微生物、酶降解微塑料的现状及降解机制。根据研究现状,提出生物降解微塑料的研究方向:(1)研究昆虫肠道微生物菌群、宿主、营养摄食三方共协关系。利用代谢组学,研究脂肪、蛋白质以及以微塑料为碳源的代谢机制,研究昆虫分泌消化酶的种类和触发机制。(2)研究微生物分泌胞外、胞内降解酶的种类,借助人工合成技术,合成分泌酶,利用合成的外酶,加快对微塑料内部结构渗透、解聚。研究微生物降解微塑料的机制,以及影响降解的生物性和非生物性因素,确定微生物不竞争、和平共生的条件,采用多种微生物联合共协,配合微塑料物理化学降解方法,为微生物降解微塑料提供新思路。(3)找寻研究更多的降解酶。对目前确定能降解微塑料的酶类借助人工技术合成,研究昆虫摄食降解和人工合成酶、微生物降解和人工合成酶分别与微塑料物理化学降解方法联合使用的可行性。研究思路并行,学科交叉,降解方法共协,为生物降解微塑料提供理论基础。

老化微塑料对左氧氟沙星吸附行为的影响

为了探究老化前后可降解微塑料与水环境中抗生素的吸附机制,选取可降解微塑料聚丁二酸丁二醇酯(poly butylene succinate,PBS)和左氧氟沙星(levofloxacin,LEV)在水溶液中进行吸附,并考察了p H值和盐度对吸附容量的影响。结果表明,紫外光照老化使PBS表面产生大量褶皱和孔隙,结晶度减少,含氧官能团增多,未老化PBS对LEV吸附动力学与准一级动力学模型相吻合,而老化PBS更加符合准二级动力学模型且都于24h内达到吸附平衡。老化后PBS为多层吸附并增强了对LEV的吸附能力,其中老化PBS和未老化PBS对LEV的平衡吸附量分别为5.32和3.70 mg·g^(-1)。p H值和盐度对PBS吸附LEV的影响显著,其中p H值为7时吸附量最大,而盐度的增加会减少PBS对LEV的吸附。研究结果可为评价可降解微塑料在环境中的老化过程对抗生素的吸附行为提供了参考。

可降解塑料的使用现状及其潜在环境风险

为了减轻传统塑料制品给环境造成的影响,可降解塑料被大规模开发用于取代它们,以此降低传统塑料制品对生态环境的潜在危害.然而,我国可降解塑料研究和行业起步较晚,相关的研究和分析较少.在我国经济高速发展的同时,对可降解塑料的使用现状以及环境风险进行分析评估有利于更好地完成“碳达峰”和“碳中和”的战略目标.本文对典型可降解塑料的定义、分类、生产、应用、面临问题以及环境影响等方面进行了综述,并对降低可降解塑料潜在风险,消除生产和使用中的常见弊端提出了展望.

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(Cu^(2+)、Zn^(2+))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Cu^(2+)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Cu^(2+)、Zn^(2+)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.

(可降解)微塑料颗粒吸附有机污染物及对其生物有效性的影响

微塑料是环境中一类不断增加的新兴污染物,工业生产活动以及日常生活是环境中微塑料的主要来源,同时农用塑料薄膜的残留对其也有贡献.鉴于不可降解塑料在环境中的持久性,作为传统塑料的替代品,可降解塑料的应用越来越多.然而,当前针对陆地系统微塑料的研究主要集中于不可降解材质的微塑料,针对可降解塑料作为微塑料来源的研究则十分匮乏.由于微塑料的憎水性和较大比表面积,进入环境中的微塑料能够通过分配作用和表面吸附作用大量吸附环境中的有机污染物从而改变被吸附物质的生物有效性;同时随着塑料的风化,生产过程中添加的大量助剂也会逐渐进入环境中.与不可降解微塑料相比,可降解微塑料的性质有很大不同,可降解微塑料与污染物的相互作用及对其生物有效性的影响也与不可降解微塑料不同.另外,可降解微塑料进入环境后,粒径及表面性质可在较短时间内产生变化,这些变化对可降解微塑料与有机污染物的相互作用及对所吸附有机污染物的生物有效性的影响有待研究.

可生物降解微塑料的自然光解老化

近年来,微塑料(MPs)污染问题受到人们的广泛关注.可生物降解塑料被认为是常规的不可生物降解塑料的替代品,其产量和环境检出量显著增加.MPs的老化过程具有显著的环境行为和生态效应,而光照辐射在塑料老化和降解过程中起到主要作用.然而,现有研究对可生物降解微塑料的自然光解老化过程及其机理的研究鲜有报道.因此,本研究选取了4种常见的可生物降解微塑料为实验对象,分别为聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT),旨在探究上述4种可生物降解微塑料在自然和模拟光照下的老化过程及潜在机理.通过自然和模拟光解老化实验,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和电子顺磁共振波谱(EPR)观察4种塑料在老化过程中旧键断裂和新键生成,发现在56 d的光老化过程中,PLA-MPs和PBS-MPs表面官能团含量并无显著变化,而随着老化时间的增加,PHA-MPs表面—C=C—的数量在增加,PBAT表面—C—O和C=O的数量在增加.除了实验结果之外,分子模型构建和红外光谱计算等理论分析也为可降解MPs的自然光老化机理提供了理论支撑.

可生物降解塑料袋膜在土壤中降解的纳米尺度特征

传统难降解塑料存在污染问题,因此可生物降解塑料的应用越来越广泛。但在许多自然环境条件下,可生物降解塑料降解速率依然缓慢,也存在一定生态环境风险。目前,在全球气温上升的背景下,可生物降解塑料在土壤环境中老化的纳米尺度机制和破碎化潜势研究还非常有限。因此,以聚乳酸(PLA)基生物降解塑料购物袋膜来源微塑料为研究对象,采用原子力显微镜-红外光谱联用系统(AFM-nanoIR)研究了不同土壤温度条件(常温25℃和高温50℃)下微塑料表面在纳米尺度上的老化特征。结果表明,两种温度条件下PLA表面粗糙度均随老化时间(7和14 d)增加而增加,且高温条件下粗糙度更高,表明高温土壤环境中PLA表面破碎化更快。纳米红外光谱(nanoIR)成像结果表明,与未老化样品相比,老化PLA表面C—O官能团信号明显增强且空间分布面积比例增加(由原始样品的21.1%提高到老化后的37.9%~50.8%);老化14 d时,高温条件下C—O信号比常温环境更强。相似地,老化PLA表面C=O信号增强,分布面积比例增加,表明PLA在老化过程中形成新的羰基化合键。洛伦兹接触共振技术(LCR)分析结果显示,常温土壤环境PLA表面第1振动峰所在频率变化趋势为14 d>7 d>对照,表明老化PLA表面第1振动频率升高,刚性增加;且高温条件下老化7 d处理PLA表面第1振动频率比常温环境更高,表明出现更硬而脆的表面,而老化14 d时刚性降低。此外,纳米热分析(nano-TA)结果显示未老化PLA样品表面玻璃化转变温度为(72.3±4.9)℃,老化7 d时,PLA表面玻璃化转变温度上升,表明耐高温性能增强。但老化14 d时,高温条件下PLA玻璃化转变温度下降且不同测试点位的玻璃化转变温度的异质性变大,表明PLA老化表面出现剥落现象。未来应进一步研究PLA表面剥落过程以及微纳塑料的释放和量化。研究结果为可生物降解材料在土壤环境中的破碎化潜势研究及环境风险评估提供技术支撑。

蛭石降解体系中的可降解微塑料浮选分离方法研究

对蛭石降解体系中的可降解微塑料进行浮选分离方法研究。分别对浮选溶剂、浮选步骤和浮选方式三项关键因素进行比较和优化试验。结果表明,采用乙醇-水-K2CO3溶液三步连续浮选结合溢出法的方式对可降解微塑料具有较好的浮选效果。对聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)三种可降解微塑料进行加标回收试验,回收率均大于70%。

可降解聚乙醇酸微塑料老化前后对盐酸四环素的吸附性能

聚乙醇酸(poly glycolic acid,PGA)因其良好的降解性能会加快其老化过程,可能比传统塑料具有更大的环境风险,因此,评估PGA在环境迁移中对污染物的载体效应尤为重要。选用PGA颗粒微塑料(microplastics,MPs)为研究对象,盐酸四环素(tetracycline hydrochloride,TCH)为代表性污染物,探究老化过程对PGA吸附TCH行为的影响。结果表明:PGA在经过15 d H_(2)O_(2)和H_(2)SO_(4)老化后,表面均变得粗糙,比表面积由0.017 m^(2)·g^(-1)分别增至0.327 m^(2)·g^(-1)和0.467 m^(2)·g^(-1),官能团含量分别增加了1.89%和3.49%,接触角由83.19°分别降至81.58°和50.07°。吸附动力学均符合伪二级动力学模型,吸附等温线均符合Langmuir等温吸附模型。老化后PGA对TCH的吸附量均高于老化前,PGA-H_(2)O_(2)和PGA-H_(2)SO_(4)最大表观吸附量分别为0.617mg·g^(-1)和0.686 mg·g^(-1),是PGA老化前的1.05倍和1.17倍。

光老化对聚丁二酸丁二醇酯基可降解微塑料吸附Pb(Ⅱ)的影响及其机制

微塑料可以在水中吸附重金属并作为载体共同迁移,且微塑料会在水中受光照而老化,影响其吸附能力和吸附机制.本研究通过XRD、FTIR、SEM/EDS等分析手段对聚丁二酸丁二醇酯基可降解微塑料(PBS-MPs)进行了表征,探究了光老化过程对PBS-MPs吸附水中Pb(Ⅱ)的影响及其机制.结果表明,光老化能增加PBS-MPs表面亲水性含氧基团及活性吸附位点数量,对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量从64.13μg·g^(-1)提升至362.06μg·g^(-1);Pb(Ⅱ)在P-PBS上的吸附符合Elovich动力学模型,吸附机制包括表面络合、静电作用和孔填充/扩散作用.光老化会强化可降解微塑料对水中Pb(Ⅱ)的吸附,从而促进Pb(Ⅱ)的迁移,二者共存可对水环境带来更为严重的生态风险.

微塑料对尖吻鲈幼鱼生长和肝脏抗氧化系统的影响

为评估微塑料对海洋鱼类的影响,选取长3 mm×宽3 mm的聚乙烯和生物降解微塑料对尖吻鲈(Lates calcarifer)幼鱼(初始体重8~12 g,体长7~10 cm)在环境相关浓度(0.375 n·L^(-1))下进行为期45天的摄食试验,在第30天和第45天取样测定肝脏抗氧化酶活力以及关键通路基因的表达情况。结果表明:两种微塑料均被幼鱼摄食,但对鱼体体重体长的增长无明显影响;微塑料暴露对抗氧化酶活性影响不大,仅在第45天时PE组过氧化氢酶(CAT)活性较对照组显著下降;两个实验组的Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)、核因子E2相关因子2(Nrf2)、谷胱甘肽硫转移酶1(GST1)和血红素氧合酶-1(HO-1)基因相对表达量在第30天时较对照组升高,但差异不显著;两种微塑料的生物效应无明显区别。环境相关暴露浓度下微塑料对尖吻鲈幼鱼的生长无明显影响,未引起明显的氧化应激。生物降解塑料可被鱼类摄食并在短期内不会被降解,如果在海洋环境积累,对鱼类构成潜在影响。今后需要评估长期摄食微塑料包括生物降解微塑料对海洋鱼类的效应。