從河流到湖泊，從大江到海洋，有著“白色污染”之稱的塑料垃圾對人們的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，而微納尺度的塑料作為一種新興的污染物更是對環(huán)境和人體健康具有潛在的危險性。
面對這些潛在威脅，開發(fā)出高效去除水環(huán)境中微納塑料的技術(shù)迫在眉睫。廣西科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究所環(huán)境新型污染物綜合治理與生態(tài)修復(fù)創(chuàng)新團(tuán)隊李婉赫研究實習(xí)員、黃慨研究員、王俊教授等開發(fā)了一種新型磁性材料，可對水環(huán)境中的微納塑料進(jìn)行快速去除，該項研究成果近日發(fā)表在國際期刊《整體環(huán)境科學(xué)》上。
“團(tuán)隊開發(fā)的這種新型磁性材料主要針對安全飲水領(lǐng)域，尤其是納米級塑料顆粒的處理。”黃慨說。
新型磁性材料具有親水和疏水特性
作為一種人造材料，塑料被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個行業(yè)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，但也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。
“微納塑料在水生環(huán)境中廣泛分布已是不爭的事實，它會對人類健康構(gòu)成潛在威脅。”黃慨表示，由于微納塑料體積小，很容易被水生生物吸收，最終進(jìn)入食物鏈而對終端消費(fèi)者人類產(chǎn)生危害。同時微塑料在水中還會從周圍環(huán)境中吸附其他有毒污染物（比如重金屬和永久性有毒物質(zhì)），這會造成微納塑料的毒性成幾何倍數(shù)放大。
因此，如何解決水環(huán)境微塑料的污染問題，探索有效去除水中微塑料的策略勢在必行。
“塑料顆粒納米化后，其在水體中的分散作用更強(qiáng)，疏水性變?nèi)酰Ｒ?guī)的吸附材料難以在水體中有效地吸附納米級塑料顆粒。”黃慨說。
為此，團(tuán)隊設(shè)計并研制了一種具親水和疏水特性的雙親性吸附材料，該材料既能在水體自由分散又能尋找并吸附塑料微粒，從而實現(xiàn)高效去除和實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境修復(fù)的目標(biāo)。
李婉赫介紹，雙親性磁性材料是一種具有化學(xué)不對稱性的磁性粒子，其表面具有兩種或兩種以上性質(zhì)相反的化合物。這種不對稱賦予了粒子獨(dú)特的特性，使材料表面同時具備親水/疏水、極性/非極性等特點(diǎn)。
雙親性磁性janus粒子結(jié)構(gòu)示意圖，表明它具有兩種親水疏水基團(tuán)結(jié)構(gòu)。
“團(tuán)隊開發(fā)的這種新型雙親性磁性材料，以磁性微球為原料，通過皮克林乳液定向控制和磷酸基高分子定向表面修飾，得到的一種單側(cè)花狀結(jié)構(gòu)的雙親性磁性粒子。這種粒子具有適宜的電動電勢（Zeta電位）和接觸角，親水側(cè)有利于在水環(huán)境中充分分散與其他粒子接觸，疏水側(cè)則表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附帶負(fù)電荷塑料粒子的能力。在磁場中，這種雙親性磁性粒子能夠?qū)崿F(xiàn)快速分離，從而完成對水環(huán)境中微米級/納米級塑料微粒的富集與分離。”李婉赫說。
未來能廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中的吸附治理
與其他吸附材料相比，此次合成的這種新型磁性材料用于吸附微納塑料有何優(yōu)勢？
“這種新型磁性材料的優(yōu)勢在于對低濃度高度納米化的微納塑料具有更顯著的吸附能力，親水側(cè)有利于充分分散接觸，疏水側(cè)有利于吸附目標(biāo)物，在磁場作用下能快速聚集分離。目前從吸附動力學(xué)和熱力學(xué)研究上看，它吸附聚苯乙烯（PS）微粒的吸附速率為每分鐘0.759，吸附容量達(dá)到每克能吸附2.72克聚苯乙烯微粒，而它吸附聚乙烯（PE）微粒的吸附速率為每分鐘0.539，吸附容量達(dá)到每克吸附2.42克聚乙烯微粒，這些吸附能力數(shù)據(jù)比非雙親性吸附材料都要高，因此它在處理聚苯乙烯和聚乙烯兩種微納塑料方面具有更強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。”李婉赫說。
作為該團(tuán)隊的最新研究成果，該新型雙親性磁性材料在許多領(lǐng)域具有實用價值。
“我們開發(fā)的新型雙親性磁性材料，不僅可以應(yīng)用于水環(huán)境中微納塑料顆粒的吸附治理，未來也能應(yīng)用于水環(huán)境中抗生素和其他永久性有機(jī)污染物的吸附治理，團(tuán)隊正逐步對相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域開展研究工作。”黃慨說。
該團(tuán)隊經(jīng)過研究還發(fā)現(xiàn)，此次研究開發(fā)的新型吸附材料，對聚苯乙烯和聚乙烯兩類帶負(fù)電荷塑料微粒表現(xiàn)出強(qiáng)的吸附效果，而對于其他帶正電荷塑料微粒的吸附效果不明顯，比如吸附帶正電荷（MR）的能力就很弱。
“相關(guān)的甄別研究工作是下一步研究的重點(diǎn)。”黃慨表示，未來，團(tuán)隊將會設(shè)計強(qiáng)化親水側(cè)作用的吸附材料，同時完善材料甄別更多目標(biāo)物的吸附能力，掌握更豐富的吸附數(shù)據(jù)，構(gòu)建各類型塑料微粒的吸附數(shù)據(jù)庫。同時團(tuán)隊與自來水廠合作開展集成設(shè)計去除塑料微粒的裝置模塊，為今后大規(guī)模工程化應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
來源：科技日報
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