【摘 要】
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目前对微塑料的污染研究主要集中于海洋环境,淡水系统是海洋塑料的重要来源却并没有得到足够的重视。沉积物是微塑料重要的汇,进行淡水环境的沉积物中微塑料调查具有重要意义。我国是抗生素生产和消费大国,微塑料和抗生素都普遍存在于水环境中,微塑料比表面积大、疏水性强等理化性质使其对抗生素具有吸附作用。研究微塑料对抗生素的吸附行为和机理,能深入了解微塑料的环境风险,对于明晰微塑料和抗生素的复合污染具有重要的科学
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目前对微塑料的污染研究主要集中于海洋环境,淡水系统是海洋塑料的重要来源却并没有得到足够的重视。沉积物是微塑料重要的汇,进行淡水环境的沉积物中微塑料调查具有重要意义。我国是抗生素生产和消费大国,微塑料和抗生素都普遍存在于水环境中,微塑料比表面积大、疏水性强等理化性质使其对抗生素具有吸附作用。研究微塑料对抗生素的吸附行为和机理,能深入了解微塑料的环境风险,对于明晰微塑料和抗生素的复合污染具有重要的科学意义。本文对涪江重庆段进行沉积物中微塑料分布调查研究。分析了区域沉积物中微塑料的形状、颜色特征,对比各采样点间微塑料丰度差异,指出该江段沉积物中微塑料的分布特征。选取环境中常见的聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)三种微塑料和泰乐菌素(TYL)、四环素(TC)两种抗生素作为室内控制实验研究材料,以不同微塑料浓度和盐度为影响因素,并利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等对微塑料进行表征,通过动力学吸附实验和等温吸附实验,使用吸附模型对实验结果进行拟合,分析可能存在的吸附机理。主要研究成果如下:(1)涪江重庆段沉积物中微塑料丰度为11-221 n/kg,平均丰度为75 n/kg。在空间分布上存在差异,总体是人员越密集、活动越频繁的区域沉积物中微塑料含量越多。检出微塑料形状占比为:纤维>薄膜>碎片>泡沫>微珠,颜色占比为:白色>黑色>透明>红色>绿色>橙色。结果显示该区域沉积物中微塑料污染水平相对较低。(2)通过扫描电子显微镜观察吸附实验使用的微塑料表面形态,发现PE表面粗糙、PS表面平坦、PVC表面光滑。通过表面孔径分析仪测定微塑料的比表面积,发现三种微塑料的比表面积大小为:PE>PS>PVC,其中PE的比表面积为2.25m~2/g,PS的比表面积为1.40 m~2/g,PVC的比表面积为1.34 m~2/g。通过X射线衍射仪分析微塑料的结晶度,三种微塑料的结晶度高低为PE>PS>PVC。通过Zeta电位分析仪测定微塑料在不同p H值下的电位,得出PE、PS、PVC表面Zeta电位零电荷点(p Hpzc),分别是6.63、6.69、6.65。(3)微塑料对TYL的吸附能力为PVC>PE>PS,对TC的吸附能力为PVC>PS>PE。对动力学吸附结果进行拟合,发现准二级动力学模型具有最高的拟合度。抗生素在微塑料上的吸附同时存在化学吸附和物理吸附,吸附行为由多因素共同作用。对等温吸附结果进行拟合,发现Freundlich模型拟合效果最好,说明分布在三种微塑料表面的吸附位点不均匀,吸附过程非线性,并且在整个吸附过程中除疏水分配作用外,也存在着其他作用。利用傅里叶红外光谱仪分析吸附前后的微塑料,并未发现新的官能团产生,说明吸附过程以物理吸附为主。推测微塑料对抗生素的吸附机制主要有疏水分配作用、微孔填充机制和范德华力,也可能存在表面络合和π-π键相互作用。(4)增加微塑料投加量会使单位质量的微塑料对抗生素的吸附量减少,但是,吸附总量会增加。并且,随着微塑料浓度的增加,反应越易发生。增加盐度对微塑料吸附TYL有略微的抑制作用,而对吸附TC影响不显著。
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