【摘 要】
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微塑料是一类直径小于5 mm的塑料碎片或颗粒,具有环境持久性、生物累积性、广泛传递性等特点,严重威胁生态安全或和人体健康。因此,必须采取及时有效的措施来减缓微塑料对水环境和生态的危害。水热处理技术是利用高温高压下亚临界水的优异物化性质和释放的热能,快速地将高分子有机物分解为小分子及其单体。此外,过硫酸盐的高级氧化技术具有强氧化能力,操作简单等特点,也被广泛应用于有机物的降解。基于上述方法,若将水热
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微塑料是一类直径小于5 mm的塑料碎片或颗粒,具有环境持久性、生物累积性、广泛传递性等特点,严重威胁生态安全或和人体健康。因此,必须采取及时有效的措施来减缓微塑料对水环境和生态的危害。水热处理技术是利用高温高压下亚临界水的优异物化性质和释放的热能,快速地将高分子有机物分解为小分子及其单体。此外,过硫酸盐的高级氧化技术具有强氧化能力,操作简单等特点,也被广泛应用于有机物的降解。基于上述方法,若将水热法耦合过硫酸盐高级氧化技术将有望实现水体微塑料的去除,具有潜在的应用前景。本文通过SEM、FT-IR、Raman、粒径分析等表征手段探究低密度聚乙烯微塑料(LDPE)的基本物化性质,并通过LDPE在水中的TOC释放情况和水溶液p H值变化判断LDPE在水中的稳定性。此外,考察了水热高温高压热活化体系降解低密度聚乙烯的主要影响因素,包括:反应温度、反应时间、过硫酸盐浓度,分析这些因素对该体系下LDPE的降解效果影响。并采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)对所得样品的微观形貌、表面官能团、元素含量及形态进行表征检测。通过电子自旋共振结合自由基淬灭实验分析反应体系中的主导自由基,以分析LDPE可能的降解途径。具体研究结果如下:(1)微塑料表征结果显示:LDPE表面粗糙、崎岖不平,存在轻微褶皱;微塑料粒径大小不尽相同,其中在10-100μm范围内占比93%。红外和拉曼图谱观察到-CH2-、-CH3、C-H、C-C等特征峰,表明LDPE是以碳链组成的碳氢聚合物。此外,LDPE性质的稳定性可通过监测溶液不同时间下pH和TOC变化判定,结果表明p H稳定在6.4-6.6;TOC保持在6 mg/L,这表明常温常压下LDPE性质稳定。(2)水热温度、时间、氧化剂浓度对LDPE的降解效果影响较大。随水热温度、反应时间以及氧化剂浓度的升高,LDPE的降解效果越明显,具体体现在反应后液相TOC增大以及SEM观察到微塑料表面出现更多的微褶皱和裂纹,尤其在220℃、12 h、氧化剂浓度100 mM时出现大量孔洞,破损加重。反应过后水热液中的过硫酸盐含量大幅下降,其剩余含量约为3 mmol/L,说明过硫酸盐在反应过程被消耗。(3)红外分析表明相比LDPE原样,反应后在719和1110 cm-1出现了代表C-H和C-O-C新的吸收峰,伴随着原-CH2-拉伸振动峰强度减弱。结合CI值(反应微塑料的降解程度),表明在水热协同过硫酸盐双重作用下LDPE碳氢键遭到氧化断裂,生成含氧基团。此外,拉曼图谱观察到代表亚甲基峰强度降低,结合O 1s和C 1s XPS图谱出现的含氧基团(C-O-C、C-OH、C=O),说明反应后的LDPE变得更加容易破碎且易被氧化。(4)借助EPR测试表征和自由基淬灭实验说明LDPE的降解机理。结果表明参与反应的主要活性基团分别是·OH和SO4·-。
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