第一作者： 杨常富

通讯作者： 于飞

通讯单位： 上海海洋大学海洋生态与环境学院

论文DOI： 10.1016/j.envres.2022.113132

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随着微纳米塑料研究的进展，其在自然环境中的风化降解过程逐渐成为学术界讨论的焦点。本研究采用Fenton浸泡法加速模拟微塑料在自然界的风化过程，探索风化微塑料与亲水性抗生素的界面行为。发现聚苯乙烯(PS)风化后结晶度变小，含氧官能团增多，表面出现裂纹，使其更容易风化。同时，风化PS颗粒表面更粗糙，亲水性更强，更容易吸附亲水性抗生素。后续研究表明，风化PS对环丙沙星(CIP⋅HCl)的吸附量远大于原PS颗粒，等温实验中PS颗粒的最大吸附量为5.45 mg/g。另外，在真实的海水环境和腐殖酸环境中，风化的PS颗粒对CIP的吸附行为会减弱，这可能是由于各种离子对CIP的竞争性吸附所致。进一步的研究表明，溶液的离子强度和pH值的变化也会不同程度地影响吸附行为。动态吸附结果与静态吸附结果一致，且风化PS颗粒的吸附速率和吸附容量均较原始颗粒有所提高。本文的研究结果不仅为研究微塑料的风化过程提供了数据参考，而且有助于探索微塑料的最终命运。

图文导读

由上图可以看出，风化后PS颗粒的平均粒径变小。结晶度降低后脆性增加，韧性降低，加速风化过程。风化后接触角由127.75°变为99.81°，说明PS颗粒表面疏水性减弱，PS颗粒可能吸附更多亲水性有机污染物。风化后PS表现出典型的微孔特征，说明表面的孔径也明显变大。芬顿风化侵蚀了原始PS颗粒光滑悟空的表面，可能为污染物的附着创造了新的位点。

吸附动力学结果表明，吸附过程更复合内部扩散模型，CIP在PS表面吸附过程中遇到的液膜的扩散阻力很小，并且仅仅是在吸附开始阶段出现。而如图所示，风化之前PS与CIP在去离子水中的吸附是离子交换作用占主导，可能是由于CIP分子与原始PS颗粒上暴露或突出的官能团之间的经典相互作用和范德华力引起的。风化后PS颗粒产生的微小间隙或发生含氧官能团的单链PS分子和CIP之间产生了苯环间的π-π相互作用，导致更多CIP分子被吸附到颗粒上。风化前PS颗粒外部的CIP堆叠在表面，π-π键增强了风化后PS的吸附能力。在海水中，PS对CIP的吸附能力弱于去离子水。可能是海水中许多离子的存在加速了溶液环境中电子的流动，加上静电作用，CIP很容易吸附在PS表面，但也容易发生解吸，进而导致CIP吸附能力下降。

当环境溶液的离子强度低时，风化后的PS颗粒对CIP的吸附行为受到抑制，而氯化钠浓度大于0.1mg/L时，吸附容量持续增加。尽管原始PS对CIP的吸附容量会随离子强度的增加而波动，但都比原始吸附容量低很多，说明原始PS颗粒上的吸附容量不随离子强度改变而改变。

风化后的PS颗粒上出现了含氧官能团，表明PS颗粒对亲水性有机污染物的吸附能力增强。原始PS在红外光谱中没有羟基（υ=3722cm^-1）和酰胺基（υ=3296cm^-1）的吸收峰，在吸附CIP后PS上出现了新的吸收峰，意味着CIP可以通过氢键结合在一起。环丙沙星的分子结构具有1,2,4,5-四取代的苯环（υ=865-810cm^-1），而聚苯乙烯则大多是单取代的苯环（υ=770-730cm^-1），吸附前后的聚苯乙烯线之间没有显著差异，这表明苯环之间的π-π键可能不会在两者的吸附过程中起主导作用。

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113132