微塑料老化对其理化性质和盐酸四环素吸附行为的影响研究_程新峰.pdf

第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae微塑料老化对其理化性质和盐酸四环素吸附行为的影响研究程新峰1，2，*，留芳芳1，潘玲1，3，汪世豪1，丁家宁11.安徽师范大学生态与环境学院，芜湖 2410022.皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心，芜湖 2410023.安徽省生物环境与生态安全高校重点实验室，芜湖 241002摘要：微塑料（MPs）是一种新型污染物，因广泛存在于水体环境中而备受关注.为了探明微塑料的老化过程及与共存有机污染物的相互作用，本研究以高密度聚乙烯（HDPE）和聚氯乙烯（PVC）为目标微塑料，探究了紫外辐照（UV：照度135.8 Wcm-2，=340 nm）和紫外活化过氧化氢（UV+30%H2O2）2种老化方式对微塑料（MPs）理化性质及对盐酸四环素（TH）吸附性能的影响，并分析了pH和盐度等环境因素对其吸附性能的影响.结果表明，2种老化方式均使HDPE和PVC微塑料产生大量裂纹和褶皱，结晶度增加，含氧官能团增多，疏水性减弱.原始MPs对TH的吸附动力学与准一级动力学模型相吻合，而老化MPs则更符合准二级动力学模型，且它们的主要吸附模式均为液膜扩散和颗粒内扩散.老化MPs对TH的吸附符合Freundlich模型，属于非均匀表面的多层吸附.老化处理增强了MPs对TH吸附能力，其中，HDPE-UV和HDPE-UV/H2O2的平衡吸附量（Qe）分别为2.023和2.138 mgg-1，PVC-UV和PVC-UV/H2O2的Qe分别为2.225和2.348 mgg-1.pH和盐度对MPs吸附TH的影响 显著，其中，pH=5时吸附量最大，而盐度增加会减弱MPs对TH的吸附能力.关键词：HDPE微塑料；PVC微塑料；加速老化；盐酸四环素；吸附性能文章编号：0253-2468（2023）03-0150-12 中图分类号：X131.2 文献标识码：AStudy on the effect of aging of microplastics on their physicochemical properties and adsorption behavior of tetracycline hydrochlorideCHENG Xinfeng1，2，*，LIU Fangfang1，PAN Ling1，3，WANG Shihao1，DING Jianing11.School of Ecology and Environment，Anhui Normal University，Wuhu 2410022.Collaborative Innovation Center of Recovery and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Wanjiang Basin Co-founded by Anhui Province and Ministry of Education，Anhui Normal University，Wuhu 2410023.Provincial Key Laboratory of Biotic Environment and Ecological Safety in Anhui，Wuhu 241002Abstract：Microplastics（MPs）are emerging pollutants of concern as they are ubiquitous in the aquatic environment.In order to explore the aging process of microplastics and the interaction with co-existing organic pollutants，the effects of UV irradiation（UV：illumination level 135.8 Wg-1，=340 nm）and UV-activated hydrogen peroxide（UV+30%H2O2），on the physicochemical properties of microplastics（MPs）and the adsorption of tetracycline hydrochloride（TH）were investigated using high density polyethylene（HDPE）and polyvinyl chloride（PVC）as target microplastics.The effects of environmental factors such as pH and salinity on their adsorption performance were also analysed.The results indicated that both aging methods resulted in a large number of cracks and folds in HDPE and PVC microplastics，an increase in crystallinity，an increase in oxygen-containing functional groups and a decrease in hydrophobicity.The adsorption of TH by the original MPs were consistent with the quasi-primary kinetic model，whereas the aged MPs were more congruent with the quasi-secondary kinetic model，and their main adsorption modes were liquid film diffusion and intra-particle diffusion.The adsorptions of aged MPs on TH were in accordance with the Freundlich model and belonged to the multilayer adsorption on non-uniform surfaces.The ageing treatment enhanced the TH adsorption capacity of the MPs，with equilibrium adsorption amounts（Qe）of 2.023 and 2.138 mgg-1 for HDPE-UV and HDPE-UV/H2O2；and 2.225 and 2.348 mgg-1 for PVC-UV and PVC-UV/H2O2，respectively.The significant effects of DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0282程新峰，留芳芳，潘玲，等.2023.微塑料老化对其理化性质和盐酸四环素吸附行为的影响研究 J.环境科学学报，43（3）：150-161CHENG Xinfeng，LIU Fangfang，PAN Ling，et al.2023.Study on the effect of aging of microplastics on their physicochemical properties and adsorption behavior of tetracycline hydrochloride J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：150-161收稿日期：2022-06-18 修回日期：2022-08-14 录用日期：2022-08-15基金项目：安徽省高校协同创新项目（No.GXXT-2020-075）；安徽省自然科学基金项目（No.2008085MC103）；黄山市科技计划项目（No.2021KN-07）作者简介：程新峰（1981），男，E-mail：；*责任作者3 期程新峰等：微塑料老化对其理化性质和盐酸四环素吸附行为的影响研究pH and salinity on the adsorption of TH by MPs were observed，with the highest adsorption occurring at pH=5，while an increase in salinity reduced the adsorption capacity of MPs on TH.Keywords：HDPE microplastics；PVC microplastics；accelerated aging；tetracycline hydrochloride（TH）；adsorption performance1引言（Introduction）作为一类广谱抗菌药，四环素类（Tetracycline，TCs）在疾病治疗和畜禽养殖上被各国广泛应用.据统计，欧盟每年消耗TCs约2300 t，占抗生素总消耗量的46%；而我国在2013年TCs使用量就高达12000 t（Zhang et al.，2015）.TCs在生物体内不易被降解、吸收，大约70%90%会通过尿液或粪便排出体外，经扩散、迁移和转化后分布于不同的环境介质中（孔凡星等，2021），如我国淮河流域水体中TCs的污染水平高达68.6632 ngL-1（Bai et al.，2019）.目前，去除水体中TCs的方法有微生物法、物理分离法、化学氧化法、吸附法等，其中，吸附法因具有效率高、成本低、易操作等特点而被广泛研究应用（Ahamad et al.，2020；Shen et al.，2020）.Shen等（2020）研究发现，二氧化锰改性中药渣生物炭（Mn-BC）对水体中TCs的最大吸附量可达131.49 mgg-1，吸附过程中TCs主要通过氢键、-*键、静电相互作用等与改性生物炭结合.微塑料（MPs）是一类新兴污染物，广泛分布于自然环境中，近些年在海洋（Gewert et al.，2015）、湖泊（周刚等，2022）、河流（Wang et al.，2020a）、河口（Xu et al.，2018b）、土壤（Tian et al.，2022）、生物体内（Kokalj et al.，2019），甚至在人体（Wright et al.，2017）中均有检出报道.由于不规则的表面结构和较大的比表面积，微塑料可作为抗生素、重金属、环境雌激素等污染物的载体，从而影响它们的环境行为和生物毒性（Sheng et al.，2021）.Li等（2018）研究了聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）和聚氯乙烯（PVC）5种微塑料对盐酸四环素（TCs）的吸附机制，结果发现，TCs与微塑料相结合的主要作用力为氢键、范德华力、疏水作用和静电相互作用.Xu等（2018）探究了富里酸对PE、PS和PP微塑料吸附TCs的影响，发现富里酸与微塑料的亲和性要高于TCs，表明水体中富里酸存在不利于TCs在微塑料上的吸附.自然环境中微塑料（MPs）在各种物理、化学、生物作用下，不可避免地会发生老化，导致表面形态、官能团组成、结晶度、疏水性等性质发生改变，从而影响其对污染物的吸附性能及机制.然而，自然条件下微塑料老化速度极慢，严重制约了人们对MPs环境行为和生态风险的研究.紫外辐照（UV）是一种有效的塑料模拟老化方法，已被人们广泛用于研究.Ouyang等（2022）报道在紫外活化过硫酸钾（UV/PS）老化处理下，生成的自由基和活性氧（ROS）可导致PVC分子骨架结构断裂而形成小分子醇和酸，最终使PVC颗粒尺寸减小，结晶度增