一种用于处理受油砂工艺影响的水的可持续电氧化混凝工艺：同时去除挥发性有机化合物和油脂

《Journal of Water Process Engineering》：A sustainable electro-oxidation coagulation process for oil sands process-affected water: Simultaneous treatment of volatile organic compounds and oils

微塑料（MPs）的现场快速检测面临传统方法效率低、需预处理等问题。本研究开发了一种直接浸入式电导率阻抗光谱（EIS）技术，系统评估了聚合物类型、颗粒尺寸分布及大肠杆菌生物膜对悬浮液电学特性的影响。结果表明，MP表面电荷、尺寸异质性和生物膜形成显著改变阻抗弛豫行为，可实现混合塑料的区分及真实环境生物膜污染的检测。该方法无需采样预处理，适用于污水厂出水口等复杂水环境，为生态风险评估提供了新工具。

　　微塑料（Microplastics, MPs）已成为全球范围内广泛存在的新兴污染物，其在自然水体中的检测与分析仍面临重大挑战，尤其是在复杂、生物活性的环境中。现有方法如傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱等，虽然在实验室条件下有效，但通常需要复杂的样品预处理，耗时且成本较高，且对混合或被生物膜覆盖的微塑料缺乏足够的灵敏度。为了解决这些问题，本研究提出了一种直接、可浸入的电化学阻抗谱（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）方法，用于评估微塑料悬浮液的电学特性，特别是在不同聚合物类型、颗粒尺寸分布和大肠杆菌（E. coli）生物膜形成对电学响应的影响。

研究团队发现，微塑料的表面电荷、尺寸异质性和生物覆盖物在机制上以不同的方式影响阻抗弛豫行为，从而使得在混合微塑料和实际污染场景中能够区分不同的聚合物类型和浓度。这一发现不仅有助于改进微塑料的快速检测技术，也为未来将电化学阻抗方法与生态毒理学风险评估相结合提供了理论依据。

在实验方法部分，研究使用了两种微塑料：聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），分别来自葡萄牙和英国。PVC颗粒的平均尺寸分别为23 μm和180 μm，而PE颗粒的平均尺寸分别为542 μm和194 μm。这些尺寸范围反映了微塑料在环境和污水处理厂中常见的颗粒大小，因此具有现实意义。为了确保实验的可重复性和准确性，实验中采用了激光散射技术（LDS）来评估微塑料的尺寸分布，并利用Zeta电位分析来研究颗粒表面电荷特性。此外，实验还结合了FTIR-ATR光谱技术，用于检测微塑料与大肠杆菌接触后的化学变化。

在实验过程中，研究团队开发了一种可浸入的设备，用于测量悬浮液的阻抗特性。该设备采用U型结构，底部部分被移除以方便在悬浮液中放置，同时避免对颗粒分布造成干扰。设备中使用了金圆形电极，通过金线连接到电化学阻抗分析仪。实验中，测量频率范围设定为100 Hz至40 MHz，电压差为500 mV（无偏压）。通过该设备，研究人员能够直接测量悬浮液中的电流，并记录其在不同频率下的电学响应。

实验结果表明，对于单一聚合物的悬浮液，随着颗粒浓度的增加，阻抗的变化趋势不同。对于PVC颗粒，当颗粒尺寸增大时，阻抗的变化趋势发生了逆转，表明颗粒的尺寸和沉降速度对电学响应有显著影响。而对于PE颗粒，随着浓度的增加，阻抗呈现出一致的下降趋势，这与PE颗粒较低的密度和较慢的沉降速度有关。在混合悬浮液中，研究发现高表面电荷的颗粒对电学响应的影响更为显著，即使在混合物中，仍能通过电学特性区分不同类型的微塑料。此外，大肠杆菌的存在对微塑料的电学特性产生了持续影响，随着时间的推移，细菌在微塑料表面形成生物膜，改变了悬浮液的整体电导率和阻抗特性。这些变化不仅反映了细菌与微塑料之间的相互作用，也为后续的微塑料检测提供了新的视角。

本研究通过系统的实验设计和数据分析，揭示了微塑料在不同环境条件下的电学行为，特别是表面电荷、尺寸异质性和生物覆盖物对电学响应的影响。这些发现为开发快速、无创的微塑料监测平台提供了重要的理论支持，并有助于进一步整合电化学方法与生态风险评估体系。尽管现有方法在实验室条件下表现良好，但在实际环境中的应用仍需进一步验证，特别是在环境相关浓度和真实水体基质中。

总体而言，本研究通过结合EIS与可浸入设备，展示了其在微塑料检测中的巨大潜力。未来的研究将扩展该方法的应用范围，包括同时评估多种类型、尺寸和浓度的微塑料悬浮液，研究不同温度条件下的影响，以及评估其他微生物和有机化合物对电学响应的干扰。此外，还需进一步优化设备的便携性和可靠性，以便将其推广至现场监测。这些努力将有助于推动微塑料污染的实时监测和评估，为环境保护和生态安全提供更加高效和准确的技术手段。