紫外老化与表面活性剂协同作用下聚乙烯微塑料的迁移行为：氧化与疏水耦合效应

《Environmental Pollution》：The influence of oxidation and hydrophobic coupling on the transport behavior of polyethylene microplastics: The synergistic effect of ultraviolet aging and surfactants

本研究针对微塑料环境迁移行为中氧化老化与表面吸附的耦合效应这一研究空白，通过柱实验探究了紫外老化聚乙烯微塑料在不同类型表面活性剂存在下的迁移规律。研究发现PE微塑料迁移能力随老化时间呈现非单调的U型变化趋势（1天>30天>15天>3天>7天），并揭示了表面含氧官能团积累与表面活性剂吸附的竞争机制。该研究为理解复合老化条件下微塑料的环境行为提供了新视角，对评估土壤-地下水系统中微塑料的迁移归宿具有重要意义。

　　

在当今塑料污染日益严重的背景下，微塑料（MPs）作为一种新型污染物已广泛存在于大气、水体和土壤环境中。这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅难以降解，更令人担忧的是它们可能作为载体吸附并传输其他污染物，从而扩大污染范围。然而，当前对微塑料环境行为的研究存在一个关键盲区：大多数研究将老化过程割裂开来，要么只关注表面氧化，要么只关注物质吸附，而忽视了真实环境中多种老化过程同时发生的复杂性。

当聚乙烯（PE）等疏水性微塑料进入环境后，会同时经历两个重要过程：一方面，紫外线辐射等环境因素会在塑料表面引入含氧官能团，增加其亲水性；另一方面，表面活性剂等环境活性物质会通过疏水作用吸附在微塑料表面。有趣的是，这两个过程相互制约——表面氧化降低了疏水性，反而可能减少表面活性剂的吸附量。这种相互作用如何影响微塑料在多孔介质中的迁移行为，成为环境科学领域亟待解答的重要问题。

为了揭示这一复杂机制，河南师范大学的研究团队在《Environmental Pollution》上发表了创新性研究成果。他们通过系统的柱实验，首次全面探讨了紫外老化与表面活性剂协同作用下聚乙烯微塑料的迁移行为。研究选择了三种不同类型的表面活性剂作为外部物质，并设置了从1天到30天不等的紫外老化梯度，模拟了真实环境中微塑料可能经历的不同老化阶段。

关键技术方法

研究采用紫外辐射模拟环境老化过程，使用柱实验评估微塑料在石英砂填充柱中的迁移能力。通过扫描电子显微镜（SEM）表征表面形貌变化，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表面化学组成，Zeta电位测定表面电荷特性，接触角测量评估疏水性变化。这些技术的综合运用为揭示微塑料迁移行为的内在机制提供了有力支撑。

表征结果

扫描电镜分析显示，随着紫外老化时间的延长，PE微塑料表面从初始的相对光滑状态逐渐变得粗糙并出现褶皱。傅里叶变换红外光谱证实了老化过程中含氧官能团（如羟基和羰基）的生成，这些官能团的积累程度与老化时间呈正相关。表面特性测量表明，老化处理显著提高了微塑料表面的电负性和亲水性。

迁移行为分析

研究发现了一个出乎意料的现象：PE微塑料的迁移能力随老化时间呈现非单调的U型变化趋势，具体表现为1天老化>30天老化>15天老化>3天老化>7天老化。原始PE由于其强疏水性，能够大量吸附表面活性剂，形成完整的覆盖层，从而显著增强亲水性和胶体稳定性，表现出最高的初始迁移能力。短期老化（1-7天）引入的含氧官能团通过静电排斥作用阻碍了活性物质的吸附覆盖，但这些新生成的官能团尚不能完全替代吸附物质的稳定作用，导致迁移能力下降。长期老化（15-30天）则积累了足够的表面含氧官能团，能够独立稳定微塑料悬浮液，从而使迁移能力得到恢复。

表面活性剂浓度的影响

研究还发现，表面活性剂浓度对迁移行为有显著影响。在高浓度带正电荷表面活性剂条件下，微塑料的迁移能力随老化时间增加而增强；而在低浓度条件下，迁移能力逐渐降低。这归因于带正电荷的表面活性剂在微塑料表面形成双层结构，削弱了表面官能团的影响。

研究结论与意义

该研究首次系统揭示了氧化老化与表面附着协同作用下微塑料迁移的U型变化规律，突破了传统研究中将老化因素孤立考虑的局限。研究发现表明，微塑料的环境行为不能简单地从单一老化过程推断，而必须考虑多种老化机制的交互作用。表面氧化虽然提高了微塑料的亲水性，但可能通过减少表面活性剂吸附而间接影响其迁移能力，这一发现对准确预测微塑料在环境中的归宿具有重要意义。

此外，研究提出的"官能团积累与吸附竞争"机制为理解复杂环境条件下微塑料的胶体行为提供了新框架。在不同表面活性剂浓度下观察到的截然不同的迁移趋势，提醒我们在评估微塑料环境风险时需要考虑局部环境条件的特异性。这些认识为建立更准确的微塑料迁移模型奠定了理论基础，对制定科学的微塑料污染防治策略具有重要指导价值。

该研究的创新之处在于将复合老化过程作为整体进行研究，更真实地模拟了自然环境条件，为微塑料环境行为研究提供了新范式。未来研究可以在此基础上进一步探讨不同环境介质、不同塑料类型以及更复杂的老化组合条件下微塑料的迁移转化规律，为全面评估微塑料的生态风险提供更加完善的科学依据。