微塑料与典型环境内分泌干扰物的界面行为和作用机制研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:sisi200713
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微塑料(<5 mm的塑料颗粒)作为一种新型环境污染物在全球环境介质中普遍存在。由于其本身具有疏水特性和较大的比表面积,且生产过程中加入很多塑料添加剂,使微塑料成为环境有机污染物迁移的风向标,造成潜在的生态环境风险。但目前对于微塑料与污染物的相互作用机制及其复合污染的潜在风险尚无定论,因此,本论文开展了微塑料与水体典型环境内分泌干扰物(EDCs)之间的界面行为和相互作用机制研究,旨在为评价微塑料/EDCs复合物的潜在生态环境风险提供依据,主要研究内容和结果归纳如下:(1)通过研究12种微塑料对水体中雌二醇的吸附行为,探究微塑料的理化性质对其相互作用过程的影响,并通过双模式吸附理论模型对吸附机制进行分析。结果表明,聚酰胺和聚氨酯由于含有酰胺键,能够和雌二醇之间形成氢键作用,因而具有最强的吸附能力;雌二醇在其它10种微塑料上的吸附能力与微塑料的表面疏水性呈明显正相关关系,且微塑料无定形区的高弹态结构会明显促进雌二醇在其上的吸附。结合双模式吸附理论模型分析结果,最终得到疏水分配主导的表面吸附和分配共同作用的双模式吸附机制。此外,选取4种水体常见EDCs为污染物模型,探究EDCs的理化性质对其相互作用过程的影响。结果表明,不同EDCs的疏水性差异是导致其在同种微塑料上吸附差异的主要原因,并发现疏水作用对EDCs在玻璃态微塑料上的吸附影响更明显。(2)通过研究双酚A在12种微塑料上的吸附、解吸、泄漏行为以及水化学环境对上述环境行为的影响,探究微塑料作为环境中双酚A源和汇的作用。结果发现,由于形成氢键作用,双酚A在聚酰胺和聚氨酯微塑料上的吸附量最大但吸附过程不可逆;双酚A在高弹态聚乙烯和聚丙烯上吸附量较大且吸附过程可逆,而在玻璃态聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯上的吸附量小且部分可逆。本研究还首次证明低密度聚乙烯和聚碳酸酯可以持续不断的向周围环境中泄漏双酚A。综上,不同微塑料由于其理化性质的差异,其作为双酚A源和汇的作用也存在较大差异,且本研究证明溶液pH、盐度、共存化合物及不同水源都会对微塑料作为双酚A源和汇的作用造成明显影响。(3)通过研究三种不同人工强化老化条件(UV/H2O、UV/H2O2和UV/Chlorine)对聚苯乙烯、低密度聚乙烯和聚碳酸酯微塑料理化性质及其与双酚A相互作用的影响,探究环境老化对微塑料环境行为的影响。结果证明,老化造成聚苯乙烯的明显降解及表面亲水性的明显增强,导致其与双酚A之间的疏水和π-π作用减弱,故老化后聚苯乙烯对双酚A的吸附能力明显降低。老化造成了低密度聚乙烯结晶度的明显增大及其内部双酚A添加剂的泄漏,但老化后低密度聚乙烯不再泄漏双酚A,反而能够重新吸附水体中的双酚A,吸附能力与其结晶度呈明显负相关关系;聚碳酸酯由于自身结构中含有大量的双酚A,老化后仍存在明显的双酚A泄漏情况,但老化后聚碳酸酯的双酚A泄漏速率明显变慢。(4)通过研究双酚A在多种环境典型吸附剂上的吸附解吸行为,评价微塑料与其它环境吸附剂相比的潜在生态环境风险状况。结果表明,聚酰胺与活性炭、氧化石墨烯和碳纳米管的吸附能力相当但其双酚A解吸率明显更大,因而双酚A通过聚酰胺等吸附能力较强的微塑料迁移的环境风险大于各碳质吸附剂;双酚A在另外三种吸附剂上的吸附量顺序为:土壤>高密度聚乙烯>沉积物,高密度聚乙烯对双酚A的吸附能力介于土壤和沉积物之间,而其双酚A解吸能力与土壤相当,通过计算表明在当前的微塑料丰度下,微塑料对于双酚A的迁移所造成的环境风险远没有土壤和沉积物的风险大,但仍不可以忽略。
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