水体环境中商业PBAT和PLA基可降解塑料袋的紫外老化与微塑料生成机制研究

本研究针对可降解塑料在自然环境中实际降解性能与理论差距的问题，通过模拟淡水和海水环境，系统考察了UVA辐射对PBAT和PLA基塑料袋的降解特性。研究发现两种材料在纯水中降解更快，PBAT以整体侵蚀为主而PLA呈现混合侵蚀模式，且均产生微塑料和溶解性有机碳，揭示了可降解塑料在海洋环境中可能与传统塑料类似的持久性风险。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，每年有数百万吨塑料废弃物进入海洋。尽管聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)等可降解塑料被寄予厚望，但越来越多的证据表明它们在自然环境中降解缓慢，甚至会产生与传统塑料类似的微塑料污染。这些直径小于5毫米的塑料颗粒能够吸附有毒物质，通过食物链富集，最终威胁生态系统和人类健康。更令人担忧的是，目前对可降解塑料在不同水体环境中的降解行为及其微塑料生成机制仍缺乏系统认识。

泰国国王科技大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的重要研究，首次系统比较了商业PBAT和PLA塑料袋在超纯水(UW)与人工海水(ASW)中的降解差异。通过模拟12周UVA辐射和黑暗条件，结合重量分析、形态学观察、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、溶解性有机碳(DOC)检测和尼罗红(NR)荧光标记等技术，揭示了两种可降解塑料在不同水体环境中的降解机制和微塑料生成规律。

研究采用多维度表征体系：通过重量损失定量降解程度；扫描电镜(FE-SEM)观察表面侵蚀特征；原子力显微镜(AFM)分析粗糙度变化；ATR-FTIR计算羰基指数(CI)评估氧化程度；总有机碳分析仪测定DOC释放量；尼罗红染色结合ImageJ软件统计微塑料的数量、形态和尺寸分布。所有实验均在30±1°C的恒温条件下进行，设置UVA辐射(强度1.5mW/cm²)和黑暗对照。

【Abstract】部分显示，PBAT在超纯水中的降解速率显著快于人工海水，UVA辐射使两种材料的降解速率提升3-5倍。重量损失数据显示PBAT降解更明显，而PLA的羰基指数增长更快，表明PLA更易发生光氧化降解。溶解性有机碳分析证实降解过程中持续释放有机小分子，pH监测发现溶液酸碱度随降解进程波动。

【Introduction】部分强调的研究背景是，虽然全球可降解塑料产量已达201.9万吨，但它们在真实环境中的表现与实验室理想条件存在显著差距。特别指出微塑料和DOC释放是两大关键问题，前者可能通过食物链传递，后者则会影响水体营养循环。研究选择UVA作为关键变量，因其能穿透3米水深，是影响表层水体塑料降解的主要光能来源。

【Characterization of as-received PBAT and PLA】显示原始材料的表面形貌和化学组成差异：PBAT表面更光滑而PLA存在加工导致的条纹结构；AFM显示PLA原始粗糙度(Ra)比PBAT高40%；元素分析证实两种材料的碳含量差异与分子结构相符。

【Conclusion】部分的重要发现包括：1)水解和光氧化协同作用加速降解，但海水离子会抑制水解；2)PBAT通过整体侵蚀降解，形成更多微塑料碎片；3)PLA同时发生表面和整体侵蚀，产生大量纤维状微塑料；4)UVA辐射下PLA的CI值增速是PBAT的2倍，表明其更易光氧化。

【Environmental Implication】警示性地指出：商业可降解塑料在海洋环境中可能仅部分降解，形成的微塑料会长期存在。这些次生污染物不仅携带添加剂和降解中间体，其表面特性还利于病原微生物附着。研究建议重新评估可降解塑料的环境友好性，并优化材料配方以提高海洋环境下的完全降解率。

该研究的创新价值在于首次系统比较了两种主流可降解塑料在不同水体中的命运，揭示了微塑料生成的形态学差异机制。特别值得注意的是，研究发现PLA降解产生的纤维状微塑料更易被滤食性生物摄入，而PBAT产生的碎片则更易吸附污染物。这些发现为可降解塑料的环境风险评估提供了新维度，对完善相关产品标准和测试方法具有重要指导意义。研究结果暗示，当前基于堆肥条件的可降解认证体系可能低估了海洋环境中的塑料污染风险，亟需建立针对水生环境的降解评价标准。