悬浮沙浓度对传统与生物可降解塑料碎片表面老化的影响机制研究

为解决悬浮沙对塑料碎片环境老化机制研究不足的问题，研究人员通过42天室内模拟实验，探究了不同悬浮沙浓度下PET、PP、PLA+PBAT和SBP四种塑料的表面老化规律。结果表明，悬浮沙通过机械磨损（低浓度）和遮蔽效应（高浓度）差异化影响老化进程，传统PP的老化速率甚至超过生物可降解塑料（PP > SBP > PLA+PBAT > PET）。该研究为湖泊塑料污染风险评估提供了新理论依据，发表于《Journal of Hazardous Materials》。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，每年超4亿吨塑料进入环境后，通过物理化学作用逐渐破碎为微塑料（<5 mm）和纳米塑料（<1 μm）。尽管紫外线、热力和微生物对塑料老化的研究较多，但悬浮沙这一关键环境因素的作用长期被忽视。尤其在湖泊生态系统中，悬浮沙通过机械磨损和遮蔽光线双重机制影响塑料老化，但具体规律尚不明确。针对这一空白，中国的研究团队以太湖为研究对象，系统分析了悬浮沙浓度对传统塑料（PET、PP）和生物可降解塑料（PLA+PBAT、SBP）表面老化的动态影响。

研究采用室内模拟实验，设置不同悬浮沙浓度梯度（基于太湖实际数据），通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和接触角测量等技术，对塑料样品在0、14、28和42天的老化指标进行系统检测。

微形貌变化
通过扫描电镜观察到，所有塑料表面均出现裂纹和孔洞，其中PP和SBP的形变最显著。水化学参数显示，PLA+PBAT组的溶解氧（DO）显著升高，与其生物降解特性相关；而SBP因淀粉基特性导致电导率（EC）变化最明显。

表面化学性质演变
羰基指数（CI）分析表明，PET、PP和SBP的CI值随老化时间增加，PLA+PBAT却反常下降。XPS揭示所有塑料的氧碳比（O/C）均上升，PP增幅达147%，表明氧化程度最高。接触角数据证实塑料亲水性增强，PLA+PBAT接触角降幅最大（28%），与其酯键水解特性一致。

悬浮沙浓度效应
低浓度（50 mg/L）悬浮沙通过机械磨损加速老化，而高浓度（200 mg/L）因遮蔽效应抑制光氧化。值得注意的是，传统PP的老化速率超越生物可降解材料，排序为PP > SBP > PLA+PBAT > PET。老化过程呈现两阶段特征：快速氧化阶段以表面光氧化为主，平台期则出现微裂纹和颗粒破裂。

该研究首次阐明悬浮沙浓度对塑料老化的非线性影响机制，挑战了"生物可降解塑料环境友好"的固有认知。特别是PP的高老化速率提示，传统塑料在特定环境中的生态风险可能被低估。成果为湖泊塑料污染模型提供了关键参数，对制定差异化的流域管理策略具有指导意义。研究团队建议将悬浮沙动态纳入微塑料风险评估体系，尤其关注浅水湖泊中塑料-沉积物交互作用的长期效应。

（注：所有数据及结论均源自原文，技术方法描述已简化处理，专业术语首次出现时标注英文缩写）