综述：生物质衍生氢的储存：技术趋势、机遇与前景

《Journal of Energy Storage》：Biomass-derived hydrogen storage: Technological trends, opportunities, and perspectives

本研究系统分析了酸性条件下聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）微塑料老化后对Cd2?、Cu2?、Zn2?的吸附行为。结果表明，酸性老化显著增加微塑料比表面积（PS: 2.3倍；PLA: 1.8倍）、表面负电荷（PS: -30 mV→-45 mV；PLA: -28 mV→-52 mV），并暴露更多羧基和羟基（PLA: -COOH增加37%，-OH增加29%）。吸附动力学符合伪二阶模型（R2>0.95），PLA对Cu2?吸附容量达5.8 mg/g，较新PLA提高2.3倍。表面络合和自由能关系（LFER）模型显示化学键合主导吸附过程。

　　微塑料（MPs）作为新型污染物，广泛存在于各种环境介质中，其表面特性在老化过程中会发生显著变化，从而影响其对重金属离子的吸附能力。目前，大多数关于微塑料老化的研究集中在光老化和热老化等机制上，而针对酸性条件（如酸雨、酸性土壤淋洗）下微塑料老化行为及其对重金属吸附影响的研究仍较为有限。因此，本研究选择模拟酸雨条件（pH 5.6）对聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）两种微塑料进行酸性老化处理，以系统分析其表面形貌、孔隙结构、电化学性质及功能基团的变化，并进一步探讨其对镉离子（Cd2?）、铜离子（Cu2?）和锌离子（Zn2?）的吸附行为。

研究结果表明，酸性老化能够显著改变微塑料的表面结构，导致表面粗糙度增加、比表面积扩大、表面电荷性质向负电荷偏移以及氧含量升高。这些变化为重金属离子提供了更多的吸附位点，同时增强了微塑料的亲水性，从而提高了其对重金属的吸附能力。吸附过程符合伪二级动力学模型，主要由化学吸附主导。经过酸性老化处理的微塑料对三种重金属的吸附容量均显著提升，且吸附能力排序为Cu2? > Zn2? > Cd2?。通过表面络合模型和线性自由能关系（LFER）分析等理论模型，可以进一步揭示重金属离子与微塑料表面功能基团之间的化学相互作用，从而更深入地理解其吸附机制。

本研究还发现，PLA相比PS表现出更强的吸附潜力，这主要归因于其酯键在酸性条件下更容易发生水解反应，从而暴露出更多的羧基和羟基。这些功能基团的存在增强了PLA对重金属离子的吸附能力。此外，酸性老化通过物理侵蚀和有限的水解途径，提高了微塑料对重金属的吸附效率，为评估酸性环境中微塑料与重金属复合污染的风险提供了理论依据。

微塑料与重金属共存的现象在自然环境中十分普遍，微塑料能够吸附环境中的重金属污染物。随着研究的深入，越来越多的证据表明，经过老化作用的微塑料具有更强的重金属吸附能力。例如，经过紫外光氧化老化处理的聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）微塑料对铜离子（Cu2?）的吸附容量分别达到1.433 mg·g?1和1.414 mg·g?1，分别是原始PP和PLA的1.57倍和1.42倍。在可降解的聚乳酸（PLA）微塑料中，其对铜离子的吸附能力在老化后达到5.56 mg·g?1，约为原始PLA的2.5倍。在包含多种重金属的复合体系中，如铜、锌、铅、镉、铬和镍，添加经过老化处理的微塑料可使整体吸附能力提升约60%，而在与细菌培养结合的情况下，这一提升可达80%。酸性老化还改变了某些重金属（如Cr(VI)和Pb(II)）的吸附机制，使其从单一的物理吸附转变为多层的化学吸附，从而显著增强了吸附强度。这种增强主要来源于老化过程中微塑料表面粗糙度、孔隙体积和含氧功能基团的增加，这些因素共同作用，为重金属提供了更多的吸附位点。

从吸附动力学的角度来看，大多数经过老化的微塑料吸附过程符合伪二级动力学模型，其吸附等温线符合朗格缪尔（Langmuir）或弗兰德利希（Freundlich）模型。研究表明，金属离子如铜、锌和镉的吸附速率较快，达到吸附平衡所需的时间较短。此外，微塑料的吸附能力还受到聚合物类型、颗粒尺寸和老化方法的影响。在实际环境中，微塑料的吸附能力因类型和老化条件的不同而有所差异。例如，在海洋养殖区，聚氯乙烯（PVC）微塑料对多种重金属的吸附能力最强，其分配系数达到新制造微塑料的数十至数百倍。较小尺寸的微塑料（如74 μm-178 μm）通常表现出更高的重金属富集能力，这与它们较大的比表面积密切相关，说明比表面积的增加对吸附能力具有显著影响。

这些研究结果表明，在实际环境中，微塑料已成为重金属的高效载体，显著增强了重金属的迁移性和生物可利用性，从而进一步加剧了微塑料与重金属复合污染带来的生态风险。因此，当前的研究迫切需要进一步阐明重金属与微塑料之间的相互作用机制。本研究通过实验数据和理论模型的结合，不仅提供了可靠的实验依据，也为后续的机制分析和生态风险评估奠定了基础。

在实验设计方面，本研究选用平均粒径为150 μm的微塑料作为研究对象。聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）分别从相关供应商处采购，确保材料的纯度和一致性。实验中所使用的镉硝酸盐（Cd(NO?)?·4H?O）、铜硝酸盐（Cu(NO?)?·3H?O）和锌硝酸盐（Zn(NO?)?·6H?O）均为分析纯试剂，以保证实验结果的准确性。所有实验用水均为超纯水，以减少杂质对实验结果的干扰。

在微塑料老化实验中，将1.00 g的PS和PLA微塑料分别与100 mL的稀硝酸溶液混合，模拟酸雨环境下的老化过程。通过控制溶液的pH值为5.6，确保实验条件的稳定性。老化过程持续一定时间后，对微塑料样品进行表征分析，以研究其在酸性条件下的物理和化学变化。实验结果表明，酸性老化显著改变了微塑料的表面结构，使其变得更加粗糙，并形成裂纹。PS微塑料在老化后主要表现为裂纹数量和尺寸的增加，而PLA微塑料则表现出更严重的表面变化，包括更大的裂纹以及明显的剥落和碎片化。这些变化不仅影响了微塑料的物理特性，还对其化学吸附能力产生了深远影响。

为了进一步研究酸性老化对微塑料吸附能力的影响，对老化后的微塑料进行了系统的表征分析。实验采用扫描电子显微镜（SEM）对两种微塑料在老化前后的表面形貌进行观察。结果表明，酸性老化导致微塑料表面出现裂纹和粗糙化现象，这些变化增加了微塑料的比表面积，从而提高了其对重金属离子的吸附能力。此外，实验还对微塑料的孔隙结构、电化学性质及功能基团进行了分析，以揭示其在酸性条件下的化学变化。研究发现，酸性老化不仅改变了微塑料的表面电荷性质，还增加了其表面的含氧功能基团，这些基团在重金属吸附过程中起到了关键作用。

通过实验数据和理论模型的结合，本研究进一步揭示了微塑料在酸性条件下的老化机制及其对重金属吸附的影响。研究发现，酸性老化通过物理侵蚀和有限的水解途径，显著改变了微塑料的表面特性，从而增强了其对重金属的吸附能力。这些变化不仅体现在表面形貌和结构上，还涉及微塑料的电化学性质和功能基团的变化。理论模型表明，重金属离子与微塑料表面功能基团之间的化学相互作用是其吸附能力增强的主要原因。此外，研究还发现，不同类型的微塑料在酸性条件下的老化行为存在差异，其中PLA由于其酯键更容易发生水解反应，因此在酸性老化过程中表现出更高的吸附潜力。

本研究不仅关注微塑料在酸性条件下的老化行为，还试图从更广泛的视角探讨其在环境中的污染风险。通过分析微塑料与重金属之间的相互作用机制，研究揭示了酸性老化对微塑料吸附能力的影响，以及其在复合污染中的潜在作用。研究结果表明，微塑料在酸性条件下的老化过程能够显著增强其对重金属的吸附能力，这为评估酸性环境中微塑料与重金属复合污染的风险提供了理论依据。此外，研究还发现，酸性老化对微塑料的吸附能力具有选择性，不同重金属离子在微塑料表面的吸附行为存在差异，这与微塑料的表面化学性质密切相关。

本研究的实验结果对于环境治理和污染防控具有重要意义。随着微塑料污染问题的日益突出，其与重金属污染物的复合效应已成为环境科学研究的重要课题。通过本研究，可以更深入地理解微塑料在酸性条件下的老化机制及其对重金属吸附的影响，从而为制定有效的污染防控措施提供科学依据。此外，研究还发现，微塑料的吸附能力不仅受到老化条件的影响，还与微塑料的类型、粒径以及环境因素密切相关。因此，在实际环境中，微塑料的污染风险需要综合考虑多种因素，以制定更加全面和有效的治理策略。

本研究的结论表明，酸性老化能够显著改变微塑料的表面特性，使其更有利于重金属的吸附。这种改变不仅体现在表面粗糙度和比表面积的增加上，还涉及表面电荷性质和功能基团的变化。通过这些变化，微塑料能够提供更多的吸附位点，从而增强其对重金属的吸附能力。此外，研究还发现，不同类型的微塑料在酸性老化后的吸附能力存在显著差异，其中PLA由于其酯键更容易发生水解反应，因此在酸性老化过程中表现出更高的吸附潜力。这些发现为评估微塑料与重金属复合污染的风险提供了新的视角，也为环境治理和污染防控提供了重要的科学依据。

本研究的实验结果不仅有助于理解微塑料在酸性环境下的老化机制，还为评估其对重金属吸附的影响提供了新的思路。通过结合实验数据和理论模型，研究揭示了微塑料在酸性老化过程中的化学变化及其对重金属吸附能力的影响。这些变化不仅影响了微塑料的物理和化学性质，还对其在环境中的污染风险产生了深远影响。因此，本研究的结论对于环境科学研究和污染治理具有重要的指导意义。此外，研究还发现，微塑料的吸附能力受到多种因素的影响，包括老化条件、微塑料类型、粒径以及环境因素。因此，在实际环境中，微塑料的污染风险需要综合考虑这些因素，以制定更加全面和有效的治理策略。

通过本研究，我们不仅能够更深入地理解微塑料在酸性条件下的老化行为，还能够评估其在重金属污染中的潜在作用。研究结果表明，酸性老化显著增强了微塑料对重金属的吸附能力，这为评估酸性环境中微塑料与重金属复合污染的风险提供了理论依据。此外，研究还发现，不同重金属离子在微塑料表面的吸附行为存在差异，这与微塑料的表面化学性质密切相关。因此，在实际环境中，微塑料的污染风险需要综合考虑这些因素，以制定更加全面和有效的治理策略。

本研究的实验结果对于环境治理和污染防控具有重要意义。随着微塑料污染问题的日益突出，其与重金属污染物的复合效应已成为环境科学研究的重要课题。通过本研究，可以更深入地理解微塑料在酸性条件下的老化机制及其对重金属吸附的影响，从而为制定有效的污染防控措施提供科学依据。此外，研究还发现，微塑料的吸附能力不仅受到老化条件的影响，还与微塑料的类型、粒径以及环境因素密切相关。因此，在实际环境中，微塑料的污染风险需要综合考虑这些因素，以制定更加全面和有效的治理策略。

本研究的结论表明，酸性老化能够显著改变微塑料的表面特性，使其更有利于重金属的吸附。这种改变不仅体现在表面粗糙度和比表面积的增加上，还涉及表面电荷性质和功能基团的变化。通过这些变化，微塑料能够提供更多的吸附位点，从而增强其对重金属的吸附能力。此外，研究还发现，不同类型的微塑料在酸性老化后的吸附能力存在显著差异，其中PLA由于其酯键更容易发生水解反应，因此在酸性老化过程中表现出更高的吸附潜力。这些发现为评估微塑料与重金属复合污染的风险提供了新的视角，也为环境治理和污染防控提供了重要的科学依据。