调控氧化能力同步增强微塑料老化与降低吸附性能：环境修复新策略

为解决微塑料传统老化过程中氧含量官能团增加导致污染物吸附能力增强的难题，研究人员通过构建电子束/强氧化剂（EB/H2O2/KHSO5/K2S2O8）体系调控氧化能力，实现聚丙烯（PP）微塑料高效老化同时抑制磺胺类污染物吸附。研究发现氧化强度与表面官能团演化呈非线性关系，首次阐明“老化-吸附”恶性循环的调控机制，为精准设计微塑料降解路径提供理论支撑。

　　

研究背景与意义
每年数百万吨塑料垃圾进入环境后破碎形成的微塑料（<5 mm），已成为威胁生态和人类健康的“隐形杀手”。这些微小颗粒不仅会释放内分泌干扰物，更因表面富含羧基、羰基等氧含量官能团（OFGs），像磁铁一样吸附环境中的抗生素、重金属等污染物，形成毒性更强的复合污染物。更令人担忧的是，传统高级氧化工艺（AOPs）虽能加速微塑料老化，却会生成更多OFGs，反而增强其污染物吸附能力——这种“越处理越危险”的悖论长期困扰着环境修复领域。

针对这一难题，贵州某研究团队在《Environmental Research》发表突破性成果。研究人员创新性地提出“氧化能力精准调控”策略，通过电子束辐照（EB）协同多种氧化剂（H₂O₂/KHSO₅/K₂S₂O₈）构建梯度氧化系统，首次实现微塑料老化程度与吸附性能的“双调控”。

关键技术方法
研究采用电子束辐照（EB）装置（能量10 MeV，剂量率2 kGy/min）处理聚丙烯（PP）微塑料，分别添加H₂O₂、KHSO₅和K₂S₂O₈构建不同氧化强度体系。通过扫描电镜（SEM）观察表面形貌，傅里叶红外光谱（FTIR）定量OFGs变化，高效液相色谱（HPLC）测定磺胺类抗生素（磺胺嘧啶和磺胺吡啶）吸附量，结合电子顺磁共振（EPR）追踪自由基反应路径。

研究结果
1. 表面形貌与老化程度分析
SEM显示原始PP表面光滑，而EB处理后出现明显裂纹和孔洞。添加K₂S₂O₈的体系老化最显著，裂纹密度增加300%。FTIR证实氧化强度与羰基指数（C=O/CH₂）呈正相关，但高剂量KHSO₅组出现OFGs减少现象。

2. 吸附性能非线性变化
低氧化强度下（H₂O₂体系），磺胺吸附量下降40%，因·OH优先攻击OFGs；而高浓度K₂S₂O₈组吸附量反弹，EPR检测到SO₄^·-促使OFGs重构为醌式结构，重新增强π-π相互作用。

3. 自由基作用机制
首次发现氧化强度阈值效应：<5 mM氧化剂时，·OH主导OFGs清除；>10 mM则SO₄^·-引发交联反应，形成新的吸附位点。

结论与展望
该研究突破性地揭示氧化强度与微塑料表面演化的非线性关系：适度氧化（H₂O₂ 2-5 mM）可实现老化与吸附抑制的“双赢”，而过度氧化会重蹈传统AOPs覆辙。这一发现为破解“处理-吸附”恶性循环提供精准调控靶点，推动微塑料修复从“粗放式降解”迈向“功能化调控”新阶段。未来可基于此开发梯度氧化工艺，针对不同聚合物（如PE、PS）设计定制化处理方案。