海洋微塑料的分离方法建立及对重金属吸附特征研究

摘要

微塑料是指粒径小于5毫米的塑料碎片，现在作为一类新型的影响全球海洋生态环境的污染物而备受关注。除自身含有的污染物外，微塑料对典型污染物还具有富集和迁移的作用，其携带的某些污染物会对海洋生物造成直接毒害，并且可以沿食物链进行传递富集。因此微塑料不仅影响沿海旅游业，还会威胁到海洋食品安全和质量甚至是人类健康。作为新的研究领域，如何从海洋环境介质中对微塑料进行分离分析并研究其复合污染特征是开展微塑料污染研究亟待解决的问题。 本研究针对沉积物及表层水样品，建立了多种样品采集和分离体系并对基础浮选分离方法进行了改进，根据微塑料材质与密度特性，筛选不同悬浮溶液体系，建立不同密度微塑料样品预处理及分离技术，实现微塑料浮选分离的高效性和高回收率。将建立的分离方法应用于青岛典型海域采集的水样品，并对检测结果根据其形态特征进行分类和统计：按尺寸，发现粒径<1mm的微塑料占比最大，达到57.9%；按形状，主要检测到纤维状、薄膜状和颗粒状等代表性形状，其中以纤维和薄膜状为主，占总量的90%以上；按材质分类，表层海水拖网样品中检出的微塑料类型有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）。 微塑料具有比表面积大、疏水性强、表面复杂等特有的物理化学性质，吸附环境中的污染物的能力较强。我们基于实验室模拟实验和现场模拟实验研究了重金属在微塑料表面上的吸附特性。室内模拟实验证明了聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）和聚甲醛（POM）五种微塑料对铅（Pb）、铜（Cu）和镉（Cd）三种重金属均具有吸附性，且PVC和PP表现出更高的吸附性。微塑料对金属的吸附受吸附时间、离子浓度、比表面积等因素的影响。非饱和情况下，吸附时间越长、离子浓度越高，比表面积越大，吸附的重金属越多。在Pb，Cu和Cd共存溶液体系中，四种材质（PVC、PP、 PE和PA）的微塑料对三种重金属呈现选择性吸附。在现场模拟实验中，PP和PVC对Pb和Mn的吸附能力与海水中的金属浓度呈正相关关系。现场实验中通过扫描电子显微镜观察吸附前后颗粒表面的显微结构，发现吸附实验过程中微塑料表面形貌经过粗糙-平滑-粗糙的变化过程，而且不同材质的微塑料表面有较大差异，这可能也是造成微塑料颗粒对不同重金属元素吸附量不同的原因。

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