综述：纳米塑料作为水生系统中有机污染物的载体：作用机制、影响因素及环境后果

《Journal of Water Process Engineering》：Nanoplastics as carriers of organic pollutants in aquatic systems: Mechanisms, influencing factors, and environmental implications

纳米塑料（NPs）与有机污染物（如PAHs、PCBs）的吸附/脱附机制及其环境效应研究。本文系统梳理了NPs通过高比表面积和疏水性表面吸附污染物的机理，提出脱附行为的理论框架，分析了pH、温度等环境因素及生物代谢（如肠道模拟）对脱附的影响，并指出跨食物链传递的风险。研究填补了脱附动力学与生态风险评估的空白，为NPs污染控制提供理论支撑。

　　随着全球塑料污染问题的加剧，纳米塑料（NPs）及其复合污染物在水生生态系统中的影响日益受到关注。NPs因其体积微小、比表面积大，具备更强的吸附能力，能够携带更高浓度的污染物。相较于微塑料（MPs），NPs在水体中的迁移能力更强，容易通过食物链传递，并在生物体内累积，对顶级捕食者及整个生态系统构成潜在威胁。这种复杂的污染机制不仅影响污染物的环境行为，还可能引发一系列生物效应，如氧化应激、DNA损伤等，进一步威胁生物健康和生态平衡。

NPs的来源广泛，主要包括日常生活中废弃的塑料制品（如塑料袋、瓶子、饭盒、合成洗衣纤维）、医疗废弃物（如口罩、防护服）以及农业活动产生的塑料残留（如农膜、农药包装）等。这些塑料在进入环境后，会经历一系列的降解过程，受到物理磨损、紫外线辐射、生物降解等多种因素的影响，最终逐渐分解为更小的纳米级颗粒。这一过程不仅在海洋环境中显著，也广泛存在于淡水和陆地生态系统中。例如，渤海海域在过去三十年中累计的塑料废弃物重量已超过150万吨，反映了该地区塑料污染的严重性。而在太平洋上，所谓的“第七大陆”垃圾带则直观地展示了海洋环流如何促进塑料污染物的跨境传播。

NPs的生态危害并不仅仅来源于其物理特性，更在于其与共存污染物之间的协同作用。这种协同作用可以显著放大污染物的环境风险，特别是在生物食物链中的传递过程中，NPs可能成为污染物的载体，促进其在生物体内的累积。例如，NPs对多氯联苯（PCBs）的吸附能力比MPs高出2到3个数量级，这使得PCBs在水生生物体内的生物累积效应更加显著。同时，NPs的这种载体效应并不仅限于水生系统，还可能存在于陆地与水生食物链之间。例如，农业径流中产生的NPs可能通过吸附作用进入水生浮游植物体内，随后在水生无脊椎动物（如浮游动物）中累积，最终被陆地捕食者（如水禽）摄入，形成跨系统的污染物累积效应。这种跨系统的污染物迁移进一步加剧了NPs对生态系统和人类健康的潜在威胁。

NPs的环境行为和生态影响是当前环境科学研究中的重要议题。然而，尽管已有大量研究关注NPs与污染物的相互作用，但对NPs-污染物复合体的解吸行为仍存在研究空白。解吸作为吸附的逆过程，是影响污染物最终环境归趋和生物效应的关键因素。在环境条件变化（如pH值、盐度、温度）或生物吸收（如模拟胃肠道环境）过程中，污染物可能会从NPs表面释放，进而影响生态系统的稳定性。因此，本文旨在系统梳理NPs与有机污染物的吸附机制、影响因素及理论模型，特别关注NPs-污染物复合体的解吸行为，包括其在模拟胃肠道环境下的释放动力学和机制。

通过对Web of Science数据库的文献检索，本文共获取了4696篇相关文献，涵盖从2006年到2025年3月的广泛时间范围。文献计量分析表明，NPs的环境影响研究正呈现快速增长的趋势。例如，NPs相关文章的数量在2006年至2018年间相对稳定，但自2020年起迅速上升，年发表量超过400篇。NPs-污染物相互作用的研究趋势尤为突出，呈现出指数增长的态势。这一趋势反映了学术界对NPs-有机污染物吸附与解吸机制的持续关注，也表明NPs-污染物复合体的环境行为和生态影响已成为环境纳米科学的重要研究方向。

为了进一步揭示NPs研究的主要发展趋势，本文利用VOS Viewer对关键词进行趋势分析，并生成了前65个高频术语的词云图（见图2）。核心关键词包括“纳米塑料”、“吸附”、“海洋环境”和“污染”，这些术语的频繁出现表明，NPs与水生生态系统中同时存在的有机污染物之间的相互作用是当前研究的重点。此外，一些如“毒性”、“生态毒性”和“降解”的术语也显示出研究者对纳米材料的分析检测和环境持久性问题的关注。这些关键词的集中分布明确地指出了NPs在水生系统中的吸附行为、环境归趋和生态影响是当前研究的主要方向。

尽管已有诸多研究聚焦于NPs与污染物的相互作用，但在解吸行为的研究方面仍存在不足。目前，大多数研究集中在NPs的吸附行为上，而对解吸机制和动力学的研究相对较少。解吸作为吸附的逆过程，对于理解污染物在环境中的长期行为至关重要。然而，由于NPs本身的物理化学特性以及多种环境因素的复杂影响，实验检测方法较为复杂，缺乏标准化的检测流程，导致该领域的研究进展相对滞后。因此，本文特别关注NPs-污染物复合体的解吸行为，系统总结其在有机污染物吸附过程中的机制、影响因素及理论模型，为深入理解NPs的环境行为和生态影响提供科学依据。

NPs的吸附机制主要包括静电相互作用、π-π堆积、氢键作用、疏水效应和络合作用等。这些机制决定了NPs对不同污染物的吸附能力，同时也影响其在水体中的迁移和累积。例如，NPs的高比表面积和疏水性使其能够高效吸附多种有机污染物，包括多环芳烃（PAHs）、有机氯农药等持久性有机污染物（POPs）。这些污染物在NPs表面的吸附不仅增强了其在生物体内的累积效应，还可能通过食物链传递，影响更高级别的生物体，甚至最终影响人类健康。NPs的这种载体效应在环境条件变化或生物摄入过程中尤为重要，因为污染物可能在这些过程中被释放，进而对生态系统造成进一步的破坏。

NPs的环境行为和生态影响不仅涉及其吸附能力，还与解吸行为密切相关。解吸作为影响污染物最终归趋的重要过程，可能受到多种环境因素的影响，如pH值、盐度、温度等。在这些条件下，污染物可能会从NPs表面释放，进而影响生态系统的稳定性。例如，当聚苯乙烯纳米颗粒（PS-NPs）与PAHs共存时，它们可能对斑马鱼胚胎的发育产生负面影响。此外，NPs可能含有邻苯二甲酸酯类物质，这些物质可能通过污水处理或废弃物处置进入环境，并逐渐在生态系统中累积，形成持久性有机污染物。例如，邻苯二甲酸酯类物质在大气中浓度较高，可能通过食物链进入生物体内，最终影响人类健康。

NPs的环境行为和生态影响是当前环境科学领域的重要议题，但其研究仍面临诸多挑战。一方面，NPs的物理化学特性使其在环境中的行为复杂多变，难以准确预测其对生态系统的长期影响。另一方面，NPs与污染物之间的相互作用可能引发一系列生物效应，如氧化应激、DNA损伤等，这些效应可能对生物健康造成严重影响。因此，深入研究NPs的吸附与解吸行为，对于全面评估其对生态环境和人类健康的潜在影响具有重要意义。

此外，NPs的环境行为还受到多种因素的影响，包括污染物的种类、浓度、环境条件等。这些因素可能共同作用，影响NPs对污染物的吸附和解吸过程。例如，在模拟胃肠道环境下，NPs可能对某些污染物表现出不同的吸附和解吸特性，这可能影响其在生物体内的累积效应。因此，理解这些影响因素对于预测NPs在环境中的行为和生态影响至关重要。同时，NPs的解吸行为可能受到环境条件变化的驱动，如pH值、盐度、温度等，这些条件的变化可能影响污染物的释放动力学，进而影响其在生态系统中的分布和累积。

NPs的环境行为和生态影响不仅局限于水生系统，还可能通过陆地与水生系统的连接影响更广泛的生态系统。例如，农业径流中的NPs可能通过水体进入水生食物链，进而影响水生生物的健康。而这些生物体可能成为陆地捕食者的食物来源，导致污染物在跨系统中进一步传播。因此，NPs的环境行为具有跨系统的特征，其影响可能波及多个生态系统。这种跨系统的污染物迁移不仅增加了生态风险，也对环境治理提出了更高的要求。

在当前的研究背景下，NPs的环境行为和生态影响已成为环境科学领域的重要研究方向。然而，由于NPs本身的复杂性和环境因素的多样性，其研究仍面临诸多挑战。一方面，NPs的吸附和解吸行为受到多种因素的影响，如污染物的种类、浓度、环境条件等，这些因素可能共同作用，影响NPs对污染物的吸附和解吸过程。另一方面，NPs与污染物之间的相互作用可能引发一系列生物效应，如氧化应激、DNA损伤等，这些效应可能对生物健康造成严重影响。因此，深入研究NPs的吸附与解吸行为，对于全面评估其对生态环境和人类健康的潜在影响具有重要意义。

NPs的环境行为和生态影响不仅涉及其物理化学特性，还受到多种环境因素的影响。例如，在不同的水体环境中，NPs的吸附和解吸行为可能表现出不同的特征。在酸性或碱性环境中，NPs的表面电荷可能发生变化，从而影响其对污染物的吸附能力。在高盐度或低盐度环境中，NPs的稳定性可能受到影响，进而影响其在水体中的分布和迁移。在温度变化的情况下，NPs的吸附和解吸过程可能表现出不同的动力学特征，这可能影响其在生态系统中的长期行为。因此，环境条件的变化可能显著影响NPs的环境行为和生态影响，这为研究NPs的吸附与解吸机制提供了新的视角。

此外，NPs的环境行为还受到生物体因素的影响。例如，在模拟胃肠道环境下，NPs可能表现出不同的吸附和解吸特性，这可能影响其在生物体内的累积效应。因此，研究NPs在模拟胃肠道环境下的行为对于理解其在生态系统中的生物累积效应具有重要意义。同时，NPs的解吸行为可能受到生物体内酶类物质的影响，这些物质可能促进污染物的释放，进而影响生物健康。因此，深入研究NPs的吸附与解吸行为，不仅有助于理解其在环境中的行为，还可能为制定有效的污染控制策略提供科学依据。

综上所述，NPs的环境行为和生态影响是当前环境科学领域的重要研究方向。NPs的吸附和解吸行为受到多种因素的影响，包括污染物的种类、浓度、环境条件以及生物体因素等。这些因素可能共同作用，影响NPs对污染物的吸附和解吸过程，进而影响其在生态系统中的分布和迁移。因此，深入研究NPs的吸附与解吸行为，不仅有助于全面评估其对生态环境和人类健康的潜在影响，还可能为制定有效的污染控制策略提供科学依据。同时，NPs的环境行为和生态影响具有跨系统的特征，其影响可能波及多个生态系统，这为研究NPs的环境行为提供了新的视角。