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境造成了嚴重的污染，而微納尺度的塑料作為一種新興的污染物更是對環境和人體健康具有潛在的危險性。
面對這些潛在威脅，開發出高效去除水環境中微納塑料的技術迫在眉睫。廣西科學院生態環境研究所環境新型污染物綜合治理與生態修復創新團隊李婉赫研究實習員、黃慨研究員、王俊教授等開發了一種新型磁性材料，可對水環境中的微納塑料進行快速去除，該項研究成果近日發表在國際期刊《整體環境科學》上。
“團隊開發的這種新型磁性材料主要針對安全飲水領域，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，塑料被廣泛應用于國民經濟各個行業，在工業、農業、交通運輸等多個領域發揮著不可替代的作用，但也帶來了嚴重的環境問題。
“微納塑料在水生環境中廣泛分布已是不爭的事實，它會對人類健康構成潛在威脅。”黃慨表示，由于微納塑料體積小，很容易被水生生物吸收，最終進入食物鏈而對終端消費者人類產生危害。同時微塑料在水中還會從周圍環境中吸附其他有毒污染物（比如重金屬和永久性有毒物質），這會造成微納塑料的毒性成幾何倍數放大。
因此，如何解決水環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，疏水性變弱，常規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，團隊設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，從而實現高效去除和實現生態環境修復的目標。
李婉赫介紹，雙親性磁性材料是一種具有化學不對稱性的磁性粒子，其表面具有兩種或兩種以上性質相反的化合物。這種不對稱賦予了粒子獨特的特性，使材料表面同時具備親水/疏水、極性/非極性等特點。
雙親性磁性janus粒子結構示意圖，表明它具有兩種親水疏水基團結構。
“團隊開發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，得到的一種單側花狀結構的雙親性磁性粒子。這種粒子具有適宜的電動電勢（Zeta電位）和接觸角，親水側有利于在水環境中充分分散與其他粒子接觸，疏水側則表現出較強的吸附帶負電荷塑料粒子的能力。在磁場中，這種雙親性磁性粒子能夠實現快速分離，從而完成對水環境中微米級/納米級塑料微粒的富集與分離。”李婉赫說。
未來能廣泛應用于水環境中的吸附治理
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勢？
“這種新型磁性材料的優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，親水側有利于充分分散接觸，疏水側有利于吸附目標物，在磁場作用下能快速聚集分離。目前從吸附動力學和熱力學研究上看，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，吸附容量達到每克吸附2.42克聚乙烯微粒，這些吸附能力數據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的競爭優勢。”李婉赫說。
作為該團隊的最新研究成果，該新型雙親性磁性材料在許多領域具有實用價值。
“我們開發的新型雙親性磁性材料，不僅可以應用于水環境中微納塑料顆粒的吸附治理，未來也能應用于水環境中抗生素和其他永久性有機污染物的吸附治理，團隊正逐步對相關應用領域開展研究工作。”黃慨說。
該團隊經過研究還發現，此次研究開發的新型吸附材料，對聚苯乙烯和聚乙烯兩類帶負電荷塑料微粒表現出強的吸附效果，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。
“相關的甄別研究工作是下一步研究的重點。”黃慨表示，未來，團隊將會設計強化親水側作用的吸附材料，同時完善材料甄別更多目標物的吸附能力，掌握更豐富的吸附數據，構建各類型塑料微粒的吸附數據庫。同時團隊與自來水廠合作開展集成設計去除塑料微粒的裝置模塊，為今后大規模工程化應用研究提供基礎數據。
來源：科技日報
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