《Journal of Molecular Liquids》：When microplastics meet emerging pollutants: Key insights on mechanistic features for environmental remediations
编辑推荐：
微塑料作为新兴污染物，与重金属、有机污染物等形成复合污染物，其相互作用机制（疏水分区、静电作用、π-π堆积、水介导氢键）影响毒性及去除效率。综述系统分析了微塑料-污染物复合污染的生成机制、迁移规律及治理挑战，提出未来需聚焦协同/拮抗效应、高效去除技术及多介质环境行为研究。
苏斯米塔·辛格·罗伊（Susmita Singha Roy）|纳拉亚纳莫蒂·布瓦内德兰（Narayanamoorthy Bhuvanendran）|萨拉瓦南·皮恰（Saravanan Pichiah）|阿尼克·库伊拉（Aneek Kuila）|尼马尔伦杜·塞卡尔·米什拉（Nirmalendu Sekhar Mishra）
环境科学与工程系，SRM大学，安得拉邦阿马拉瓦蒂522240
摘要
微塑料（MPs）是合成聚合物，已成为陆地和水生环境中持续存在且具有移动性的污染物之一。这些聚合物的特定物理化学性质、老化过程、表面官能团以及氢键结构使其能够与生态系统中共存的各种新兴污染物发生强烈的相互作用和亲和力。本文主要探讨了在分子层面理解微塑料与新兴污染物之间相互作用的最新进展，重点关注疏水性分配、静电相互作用、π–π堆叠作用以及水介导的氢键作用。同时，本文还阐述了这些机制在生成微塑料-新兴污染物复合污染物中的作用，并分析了各种去除方法的效率、可扩展性、环境可持续性及其潜在局限性。这些复合污染物包括吸附在微塑料表面的微塑料和其他共污染物。这些复合污染物具有更高的生态毒性、更高的生物可利用性，同时也给环境治理带来了挑战。此外，本文还指出了关键的研究空白，并为液相修复策略的研究设计提供了指导原则。因此，整合这些相互作用动态、去除方法及相关挑战有助于采取有效的措施来应对微塑料及其共污染物对环境造成的影响。
引言
塑料是高分子化合物，由石化工业生产的合成或半合成有机聚合物制成[23]。塑料还含有多种有毒添加剂，如增塑剂、抗氧化剂、表面活性剂、阻燃剂和紫外线稳定剂。这些添加剂用于改善塑料的性能，使其更加柔韧和可持续。当塑料制品老化时，这些添加剂可能会释放到环境中。由于塑料具有使用寿命长、性质稳定、成本低和耐用性高等特点，过去十年塑料的使用量急剧增加[71]。据估计，全球每年产生3.6亿吨塑料垃圾，其中仅有7%得到回收。此外，塑料生产的低成本促进了大量一次性塑料（SUP）的大规模生产。据估计，全球一次性塑料总量约为1.39亿吨，其中高达90%存在于海洋和海岸线垃圾中[23]。塑料工业协会于1988年制定了树脂识别代码（RIC），将塑料分为7种类型：PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS等。塑料被释放到环境中的主要原因在于不当处理。这些塑料在外部因素（如温度、紫外线辐射、微生物活动和水流作用）的影响下会分解成碎片。颗粒大小小于5毫米的塑料碎片被称为微塑料，而颗粒大小小于1微米的塑料碎片则被称为纳米塑料（NPs）[34]。由于微塑料的广泛分布及其渗透能力，它们已成为全球性的环境问题。此外，微塑料的不同持久性和降解过程使其呈现出多种形状和大小，如不规则形状、圆柱形、椭圆形、纤维状、薄膜状和颗粒状。根据来源不同，微塑料可分为初级微塑料和次级微塑料：初级微塑料是专门为制药、洗涤剂、化妆品等用途生产的；次级微塑料则是塑料降解产生的。微塑料本身具有吸附和富集其他环境污染物（如重金属和有机污染物）的能力，从而大大增加了其在环境中的生物可利用性[111]。此外，它们的不同物理化学特性也会影响其分布和环境行为[1]。微塑料的大小和形状会影响其移动性，聚合物类型会影响其稳定性和降解速率[56]。密度和表面性质（如官能团、表面电荷）会影响微塑料与其他污染物的相互作用[27,77]。因此，这些性质共同决定了微塑料在大气、土壤、淡水和海洋环境中的迁移路径。城市污染和合成织物是大气中微塑料的主要来源，其中主要是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）和聚氯乙烯（PVC）纤维。研究表明，微塑料可以在多个方向上传播很远的距离，甚至跨越大陆和海洋。根据地理位置不同，大气中的微塑料浓度范围可从每立方米0.001粒到58,270粒不等（Hossain和Engelhardt，2025；[38]）。微塑料还可能影响云层形成、太阳反射和气象模式，这凸显了进一步研究其广泛环境和气候影响的必要性（Aeschlimann等人，2022）。微塑料在土壤中的水平和垂直迁移受多种因素影响，包括土壤特性（如裂缝和孔隙）、土壤生物（如真菌、细菌、植物和动物）、土壤管理（耕作和收割）以及气象条件（干旱与湿润交替、冻融循环、风速等）[132]。土壤中的微生物（如蚯蚓和螨虫）通过挖掘和摄食行为也会传播微塑料[60]。蚯蚓可以吞食微塑料并将其排出体外，还能通过洞穴从浅层土壤移动到深层土壤[78]。由于灌溉、肥料使用和塑料薄膜或温室保温措施，农业土壤中存在大量微塑料。微塑料可通过灌溉径流和降雨从农田进入附近河流和地表水。最新研究表明，来自有氧环境的微塑料可以通过扩散和沉积作用进入水生环境[133]。海洋生态系统对微塑料的关注日益增加，因为微塑料碎片可能对海洋生物造成危害。海水的密度高于聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和发泡聚苯乙烯（EPS）等塑料，因此PVC和PET会沉入沉积物或水柱中间。因此，海洋生态系统是一个复杂的系统，其中存在不同程度的塑料垃圾和降解过程。了解这些差异对于有效管理和消除塑料垃圾至关重要。先前的研究表明，微塑料在环境中与其他污染物相互作用时，会显著改变环境行为、毒性和生物可利用性。因此，研究微塑料与其他环境污染物的关系至关重要[111]。本文旨在展示微塑料与污染物之间的相互作用、可能的机制及其潜在毒性，相关概念在图1中进行了示意。
我们统计了Scopus数据库中可用的综述论文数量，并通过VOS可视化工具在图2(a)中展示了数据。关键词热图主要集中在微塑料与污染物的相互作用上。红色和橙色区域表示研究较为深入的领域（涉及微塑料、水污染、淡水污染控制等）；黄色和绿色区域表示研究重点中等，涉及水生物种、土壤污染、污染物去除、生态系统恢复等；蓝色区域表示研究较少，属于新兴研究领域，主要关注复合污染、污染源、生物效应等。从图2(b)可以看出，各研究领域随时间的发展变化：早期研究（约2022年）主要集中在塑料的基本性质、吸附-解吸过程和环境行为上；2023年至2024年，研究重点转向了复合污染物的影响及微塑料-污染物相互作用在环境中的表现。当前研究趋势侧重于复合污染物及其对环境的影响。
环境中的新兴污染物
无论是天然还是人为产生的，水生生态系统中的新兴污染物（EPs）已成为近几十年来日益严重的全球环境问题。药品和个人护理产品（PPCPs）、全氟和多氟烷基物质（PFAs）、饮用水消毒副产物（DBPs）、微塑料以及溴化阻燃剂（BFRs）是五大主要关注对象。这些污染物可通过多种途径进入环境：
微塑料与各种污染物相互作用的机制
微塑料具有吸附和解吸有机污染物的能力，从而影响其移动性、毒性和生物累积。污染物在微塑料表面的吸附过程受pKa、分子量、平面性和疏水性的影响。微塑料在土壤和水生环境中的吸附机制和行为较为复杂，具体内容见表2。
影响污染物相互作用效率的因素
自然老化和风化过程会降解塑料，导致其物理和化学性质发生变化。这些变化可能影响周围有机污染物的环境行为，促进其迁移，调节其毒性，改变其通过吸附-解吸过程的去除路径。
微塑料对人类健康的影响
微塑料颗粒可通过皮肤接触、摄入和吸入进入人体，对健康产生多种负面影响。
微塑料的治理
不同污染物与微塑料的相互作用会提高污染物的生物可利用性，增加生态毒性的风险。这种增强的毒性和复杂的混合污染物特性使得去除它们变得困难，相关研究也相对不足。因此，研究这些相互作用机制及其影响因素有助于优化去除过程，提高去除效率并优化设计方法。
微塑料对其他污染物去除的影响
尽管许多研究讨论了微塑料与水生环境中污染物的相互作用及其联合毒性，但最新研究更多关注复合污染物去除的机制方面。有趣的是，微塑料在处理过程中并非被动污染物；它们可以通过改变表面化学性质、聚集行为或氧化还原反应等方式促进或抑制共污染物的去除。
未来展望
作者认为，在理解微塑料与共污染物的相互作用途径、相关健康风险及有效去除方法方面仍存在显著研究空白。鉴于上述信息的复杂性，未来研究应重点关注以下方面：
结论
微塑料现已被认定为陆地、淡水、海洋和大气系统中的普遍存在物，是多种污染物的载体。本文综述了目前关于微塑料与周围环境相互作用机制、机制洞察和表面化学的理解，强调了微塑料-污染物相互作用的关键性。
CRediT作者贡献声明
苏斯米塔·辛格·罗伊（Susmita Singha Roy）：撰写综述和编辑、初稿撰写。
纳拉亚纳莫蒂·布瓦内德兰（Narayanamoorthy Bhuvanendran）：撰写综述和编辑、初稿撰写、监督工作及资金获取。
萨拉瓦南·皮恰（Saravanan Pichiah）：撰写综述和编辑、正式分析。
阿尼克·库伊拉（Aneek Kuila）：撰写综述和编辑、初稿撰写。
尼马尔伦杜·塞卡尔·米什拉（Nirmalendu Sekhar Mishra）：撰写综述和编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、方法论研究、调查工作、资金获取及概念框架构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了SRM大学（SRMAP/URG/SEED/2024–2025/022和SRMAP/URG/SEED/2025–2026/072项目资助。
