微塑料在不同环境中的污染特征及其降解行为研究

发布时间：2020-06-12 09:54

【摘要】：微塑料(5 mm)作为一类新兴污染物已受到人们越来越多的关注,目前围绕着海洋为主题的微塑料污染研究已经广泛展开,但是对于大气环境和淡水湖泊中微塑料污染的研究鲜有报道。因此,本论文对大气环境(东莞市)、湖泊表层水体(松山湖)和湖岸沉积物(松山湖)中的微塑料污染状况展开研究,并探究了微塑料在不同环境中的降解行为,主要结论如下:大气环境(东莞市)中微塑料的主要化学成分为纤维、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯,所占比例分别为73%、14%、9%和4%;在东莞市环境监测中心站所布设的东城区(S1)、莞城区(S2)和南城区(S3)三个采样点中,大气降尘中微塑料和非塑料纤维的丰度分别为213±51、189±26和173±23 particles/m~2/day,结合红外光谱检测结果得出大气降尘中微塑料丰度分别为33±8、32±5和28±5 particles/m~2/day,平均丰度为31±7particles/m~2/day。微塑料样品的表面上存在着吸附颗粒、沟槽、坑槽和剥落状的表面降解形貌,表明了所检测的微塑料都经历了不同程度的机械磨损和化学风化过程。松山湖表层水体和沉积物中微塑料的主要形态类型为薄膜状、碎片状、泡沫状和纤维状,从微塑料的外观上来判断,松山湖区域内的微塑料的来源主要是次生塑料;微塑料的化学成分类型为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物、聚苯乙烯和聚氯乙烯,所占的比例分别为47%、36%、6%、9%和2%。表层水体中微塑料的丰度范围为1.58±0.16至3.72±0.68 items/m~3,平均丰度为2.29±0.98 items/m~3;湖岸沉积物中微塑料的丰度范围在139±42至461±84 items/kg,平均丰度为244±121 items/kg;微塑料表面呈现出剥落状、线性裂纹状、颗粒氧化状、附着颗粒状、机械坑和溶液坑六种表面形貌,结合其红外光谱结果可知松山湖区域中的微塑料存在着一定程度的降解行为;微塑料对7种典型重金属的携带含量分别为Hg(0.05-0.15 ng/g)、Ti(331-2936 ng/g)、Cr(8.6-122.0ng/g)、Ni(7.3-25.1 ng/g)、Cu(21.4-314.3 ng/g)、Cd(0.14-0.86 ng/g)和Pb(19.0-66.9ng/g)。大气环境和纯水环境中的PE、PP和PS在经历三个月的紫外光照射后的红外谱图中均在约3300 cm~(-1)处以及在约1712 cm~(-1)处出现新的吸收峰。而在模拟海水环境中的实验样品仅在约1712 cm~(-1)处出现新的吸收峰,新的红外吸收峰的出现表明了塑料颗粒在紫外光的照射下形成了羟基(OH,~3300 cm~(-1))和羰基(C=O,~1700 cm~(-1)),说明了在三种不同环境下的塑料颗粒在紫外光照射后均发生了不同程度的(化学风化)降解行为;根据拉曼光谱图分析结果可知,在经历三个月的紫外光照射后的PE、PP和PS塑料颗粒的出峰位置与它们的塑料原料颗粒相同,仅在峰的强度上有所增加/减弱。通过比较红外光谱和拉曼光谱的结果,发现红外光谱更能直观的展现塑料的化学风化过程;根据扫描电镜分析结果可知,颗粒氧化、裂纹状和剥落状是塑料颗粒在化学风化过程中常见的表面降解形貌;塑料颗粒在不同环境中的降解程度为:空气环境纯水环境模拟海水环境,并且塑料颗粒的降解程度随紫外光照射时长的增加而增加,因此,紫外光照射时间和塑料颗粒所处的环境体系的差异是影响塑料颗粒降解程度(化学风化程度)的重要因素。本研究丰富了我国大气环境和淡水湖泊环境中微塑料污染的基础数据,为我国在大气环境和淡水湖泊环境中微塑料污染的监测和防治提供了一定的参考依据。
【图文】：

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图 1-1 全球塑料制品的年产量[2]Figure 1-1 Annual production of global plastic products[2] 微塑料的定义与特征由于塑料制品的化学稳定性高，难以降解的特点，废弃塑料在海洋环境中年乃至数千年[15, 16]，对海洋环境造成持久性的影响。而大块塑料在环境中化学及生物作用下会进一步碎片化，形成小尺寸的塑料碎片[17]。“微塑料”（Microplastic）的概念由 Thompson 等[18]在 2004 年首次提出，径小于 5 mm 的塑料[19, 20]。由于微塑料尺寸小，因此难以实现回收和清理，料的密度小（见表 1-1）[21]，，在海洋环境中会受到风浪、洋流、潮汐、海啸进行扩散[22]，在大气环境中会受到风力等作用力发生迁移，从而遍布全球，随着时间的推移以及大块塑料的持续降解，微塑料将在海洋环境中长期

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广东工业大学硕士学位论文、丰度、来源和分布，及其污染特征；2. 研究微塑料的生态效应，基于环境中的体或实验室中的模拟污染和摄入条件来研究微塑料对生物体的生态影响；3. 研究料在采样、分离、分析和统计上所涉及到的方法学；4. 研究微塑料在环境中的迁归趋。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52

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