机械老化对含无机颜料聚乙烯微/纳米塑料理化特性、聚集动力学及金属释放的影响机制研究

本研究针对机械老化过程中含无机颜料聚乙烯微塑料(PEMPs)和纳米塑料(PENPs)的环境行为变化问题，系统探究了TiO2、Fe2O3、CrPbO4等颜料对PE老化程度、聚集行为及金属(Cr/Pb/Al)释放的影响，发现颜料含量与耐磨性决定老化速率，Blue-Al-PENPs在pH变化下呈现独特电荷反转聚集特征，且Yellow-Cr/Pb-PENPs金属释放量超出水生生物安全阈值，为评估彩色塑料环境风险提供新依据。

　　

在全球塑料年产量突破4亿吨的背景下，彩色聚乙烯(PE)制品占塑料垃圾总量的32%，其中含钛白粉(TiO₂)、氧化铁(Fe₂O₃)、铬酸铅(CrPbO₄)等无机颜料的PE材料通过机械磨损持续向环境释放微塑料(MPs)和纳米塑料(NPs)。这些彩色塑料在自然水体中分布显著，农村污水系统中蓝色颗粒占比高达30.76%，但颜料如何通过机械老化过程影响PE的环境行为仍属未知领域。

广东彩众彩母粒有限公司联合科研团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，首次揭示了机械球磨法制备的PE微塑料(PEMPs)和纳米塑料(PENPs)在老化过程中发生的链式反应：颜料特性主导聚合物降解→表面性质改变→胶体行为重构→金属离子释放。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态光散射(DLS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术，对比分析了透明PE与四种含无机颜料PE在机械老化后的结构变化、聚集动力学及金属溶出特征。

关键发现

1. 颜料依赖性老化机制：FTIR显示含群青(Blue-Al-PE)的样品氧化程度最高(C=O峰强度达1733 cm^-1)，老化程度排序为Blue-Al-PE > White-Ti-PE > Yellow-Cr/Pb-PE > Red-Fe-PE > 透明PE，证实颜料含量越高、莫氏硬度越低的PE越易发生机械降解。

2. pH调控的聚集反转现象：DLS测定发现Blue-Al-PENPs在pH5-7时聚集速率最高(1.11 nm/s)，而pH>8后因Na₆Ca₂Al₆Si₆O₂₄(SO₄)₂颜料金属桥接作用减弱导致聚集抑制；相反，Red-Fe-PENPs在所有pH下均保持稳定(0.04-0.19 nm/s)，归因于Fe₂O₃的水化排斥效应。

3. 生态风险阈值突破：ICP-MS检测显示Yellow-Cr/Pb-PENPs释放的Cr(28.55 μg/L)和Pb(95.56 μg/L)分别超过水生生物基准值4.8倍和15倍，Blue-Al-PENPs的Al释放量(1466.08 μg/L)更达饮用水标准293倍。

研究启示

该工作突破了传统PS NPs研究范式，首次建立PE基纳米塑料"颜料-老化-行为-风险"的关联模型。发现的无机颜料通过金属桥接(Ca²⁺-Al³⁺)、静电反转(pH>8时Blue-Al-PENPs ζ电位由-25 mV转为+5 mV)等非经典聚集机制，为预测彩色塑料环境归趋提供理论框架。特别警示含铬/铅颜料PE制品在机械磨损后可能成为重金属"二次释放源"，建议修订相关产品的环境风险评估标准。

（注：全文数据均来自原文实验部分，未添加外部引用；专业术语如FTIR、DLS等首次出现时已标注英文全称；作者单位"广东彩众彩母粒有限公司"按国内惯例翻译；上标下标严格按原文格式使用标注）