利用低场核磁共振技术量化纳米塑料在多孔介质中传输过程中的时空变异性

《Water》：Quantifying Spatiotemporal Variability in Nanoplastics During Transport in Porous Media Using Low-Field Nuclear Magnetic Resonance

　　

摘要

理解纳米塑料（NPs）在多孔介质中的时空变异性对于环境风险评估至关重要，然而在运输过程中对NPs分布的定量分析仍然有限。为了解决这一问题，我们创新性地应用了低场核磁共振（LF-NMR）作为一种非侵入性方法，动态监测饱和石英砂中磁性聚苯乙烯纳米塑料（MPSNP）的运输情况。通过建立LF-NMR横向弛豫率 [1/T_2,I ? 1/T_2,0] 与MPSNP浓度之间的关系，我们利用T₂反演重建了时空浓度分布。这种方法使得能够系统地评估离子强度（IS）、流速、初始浓度和流动方向的影响。进一步应用了三种数学模型来分析MPSNP的运输行为。结果表明，离子强度是主导因素；当离子强度从0.001 mM增加到1 mM时，质量回收率从85.7%下降到0%，且当离子强度超过5 mM时，迁移前沿不再前进。较低的流速、较高的初始浓度以及水平流动也增强了纳米塑料的滞留。两种双位点动力学模型更好地拟合了突破曲线的特征。这种LF-NMR的新应用展示了其在解析空间运输异质性方面的强大能力，强调了在评估多孔介质中纳米塑料运输时，流速、流动方向和离子强度是必须仔细考虑的关键调控参数。