有机与无机胶体对模拟海洋温度条件下聚苯乙烯纳米塑料聚集与沉降的影响机制研究

微塑料(MPs)作为新兴污染物对生态系统和人类健康构成潜在威胁。为解决海洋环境中纳米塑料(PS NPs)的归趋和迁移机制问题，研究人员通过模拟不同温度(4°C-28°C)的海洋环境，系统探究了蒙脱石/赤铁矿与胞外聚合物(EPS)对NPs聚集沉降的单一/联合作用。结果发现蒙脱石通过强吸附使70.4% NPs在120h内沉降，而黄原胶(XG)因空间位阻显著抑制沉降。该研究为评估深海生态系统中微塑料(microplastics)的环境行为提供了理论依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，每年数百万吨塑料垃圾涌入海洋，在紫外线等作用下逐渐降解为微塑料(<5mm)甚至纳米塑料。这些微小塑料颗粒不仅遍布从海岸线到深海的各个角落，更能被海洋生物摄入，导致生长抑制、繁殖障碍等健康风险。尤其令人担忧的是，目前对纳米塑料在海洋中的迁移规律，特别是在低温深海环境中的行为机制仍知之甚少。

为揭示这一科学问题，国家自然科学基金资助的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表重要成果。研究聚焦海洋中广泛存在的两种关键组分——矿物胶体（蒙脱石、赤铁矿）和生物源胶体（黄原胶XG、海藻酸钠SA），通过模拟4°C-28°C的海洋温度梯度，系统解析了这些环境因子对聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)聚集沉降的调控机制。

研究采用多尺度技术手段：紫外可见分光光度计(UV-Vis)定量沉降效率，动态光散射(DLS)监测颗粒尺寸变化，流变仪分析溶液黏度，扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)表征微观形貌与元素组成。通过构建二元体系(NPs+矿物/EPS)和三元体系(NPs+矿物+EPS)，全面评估了不同环境场景下NPs的行为特征。

【材料特性表征】
SEM显示600nm的PS NPs呈光滑球形，蒙脱石为片层结构而赤铁矿呈晶格状。表面电位分析表明，蒙脱石(-35.2mV)与NPs(-32.1mV)的电位差最小，这解释了其更强的异相聚集能力。

【矿物单独作用】
在28°C人工海水中，蒙脱石使70.4% NPs在120h内沉降，显著高于赤铁矿组。温度实验揭示低温(4°C-10°C)会延缓NPs的自聚集和异相聚集速率，这归因于分子热运动减弱和溶液黏度增加。

【EPS调控机制】
黄原胶(XG)展现出突出的稳定作用，其空间位阻效应使NPs在矿物存在下仍保持分散状态。相比之下，海藻酸钠(SA)仅表现出弱抑制作用。流变学测试证实XG溶液具有更高黏弹性模量，这与其支链结构产生的立体屏障有关。

【三元体系协同效应】
在NPs-蒙脱石-XG体系中，XG通过包覆矿物表面抑制了NPs吸附，导致上清液NPs残留量比二元体系增加2.3倍。能谱面扫描显示三元体系中C元素(代表NPs)分布更均匀，直观证实了EPS的分散作用。

这项研究首次系统阐明了海洋温度梯度下有机-无机胶体对纳米塑料环境行为的协同调控机制。发现蒙脱石通过表面吸附促进NPs向深海迁移，而微生物分泌的黄原胶类EPS可能延缓这一过程。这些认识对构建深海塑料输运模型具有重要价值：在温暖的表层海域，矿物介导的快速沉降可能减少生物暴露风险；但在寒冷的深层水域，EPS的稳定作用可能导致NPs长期悬浮，增加深海生态系统的潜在威胁。研究结果为精准评估全球海洋塑料污染的生态风险提供了关键科学依据。