UV-LED水消毒过程中微塑料的转化机制及其环境效应研究

针对微塑料(MPs)污染治理难题，研究人员系统研究了UV/H2O2、UV/氯和UV/过氧乙酸(PAA)三种消毒工艺对聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC) MPs的短期转化效应。通过光谱学和显微分析揭示了MPs表面裂纹、含氧官能团形成等显著变化，LC-MS鉴定出高毒性降解产物，为UV消毒工艺优化和MPs风险管控提供了关键科学依据。

　　

微塑料污染已成为全球性环境挑战，这些直径小于5毫米的塑料颗粒在水体中持久存在，并通过食物链威胁生态系统和人类健康。传统水处理技术对微塑料的去除效率有限，而新兴化学降解方法又面临反应时间长、产生有毒副产物等问题。更令人担忧的是，当前广泛应用的紫外线(UV)消毒工艺可能通过产生羟基自由基(HO^•)等活性氧物种(ROS)改变微塑料特性，但相关短期转化机制及其环境影响尚不清楚。

针对这一科学问题，中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表重要研究成果。研究采用UV-LED(365 nm)模拟实际消毒条件，结合电子顺磁共振(EPR)和密度泛函理论(DFT)计算等先进技术，系统考察了三种典型微塑料(PS、PE、PVC)在UV/H₂O₂、UV/氯和UV/PAA处理下的转化规律。

研究首先通过场发射扫描电镜(FESEM)观察到所有处理后的微塑料均出现表面裂纹和凹坑，其中结晶性PE呈现脆性断裂特征，而韧性PS则形成碎片。比表面积(BET)分析显示UV/H₂O₂处理使PE平均孔径增大30倍，UV/氯处理使PVC表面积增加91%。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了含氧官能团的形成，水接触角测试表明处理后微塑料疏水性显著降低，PS的接触角从89.3°降至68.7°。

在机制解析方面，EPR检测证实三种处理体系均以HO^•为主导活性物种。DFT计算揭示了不同聚合物的特异性降解路径：PS通过苯环氧化开环，PE经由氢原子抽提引发链断裂，而PVC则主要发生脱氯化氢反应。LC-MS鉴定出24种小分子降解产物，ECOSAR软件评估显示PS和PVC的小分子产物多属"剧毒"级别，PE的中等分子量产物也呈现显著毒性。

在环境行为方面，研究发现在模拟胃液(SGF)中，UV/H₂O₂处理的PE微塑料总有机碳(TOC)释放量显著增加，表明其生物可及性提高。吸附实验显示原始PS对四环素(TC)的吸附最强，而UV处理改变了微塑料对不同污染物的亲和性：UV/PAA处理使PVC对TC吸附量增加，但对双氯芬酸(DCF)的吸附完全消失。

这项研究首次系统阐明了UV消毒过程中微塑料的短期转化机制，揭示了消毒工艺可能产生高毒性副产物的环境风险。研究建议水处理系统应结合过滤等工艺去除转化后的微塑料，为制定更安全的消毒策略提供了理论依据。该成果对理解微塑料的环境归趋和优化水处理工艺具有重要指导价值，相关发现已引起环境工程和公共卫生领域的广泛关注。