模拟海洋和光化学条件下PET消费产品风化途径

《Environmental Science: Nano》：Weathering pathways of PET consumer products under simulated marine and photochemical conditionsOpen Access

　　

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是全球使用最广泛的塑料之一，其环境持久性深受配方多变性和添加剂含量的影响。这些因素使PET在自然环境中的降解识别与表征变得复杂，凸显了对一致且稳健的分析方法的需求。本研究旨在比较参考PET微塑料和源自常用消费产品的PET微粒在紫外（UV）辐照和人工海水老化后的风化行为，并评估用于表征其变化的分析方法。参考PET微塑料以及源自常用消费产品（包括饮料瓶、个人护理产品容器和外卖食品包装）的PET微粒经冷冻研磨，并在老化前后进行表征。材料分别经受紫外（UV）辐照和人工海水老化，以模拟海洋条件下的环境风化。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和漫反射紫外-可见光谱（DRS/UV-vis）研究老化引起的化学、结构和光学变化。此外，通过光学显微镜结合图像分析考察了UV和海水暴露下的碎裂行为及降解途径。这项工作为PET消费产品的风化行为提供了比较性见解，并有助于改进评估PET在海洋环境中降解的方法。

塑料污染已成为全球环境问题，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为广泛使用的聚酯塑料，其环境持久性受配方多变性和添加剂含量影响。不同消费产品中的PET因添加剂（如紫外稳定剂、染料、填料）不同，化学和结构差异显著，导致其在自然环境中的降解行为难以预测。参考PET材料无法代表真实消费产品来源的微塑料，因此需要统一且稳健的分析方法。本研究旨在比较参考PET微塑料与四种常见消费产品来源的PET微粒在紫外（UV）辐照和人工海水老化下的风化途径，并评估多种表征技术的适用性。该研究论文发表在《Environmental Science: Nano》。

研究人员从石榴沐浴露瓶（棕色PET）、气泡水瓶（蓝色PET）、橙汁瓶（白色PET）和外卖容器（橙色PET）四种消费产品及参考PET（Goodfellow Advanced Materials，半结晶）出发，经冷冻研磨制备微塑料。样品分别在365 nm UV灯和人工海水中老化16周，每月取样。研究采用XRD、FTIR、μ-Raman光谱、DRS/UV-vis、DSC-TGA、ICP-OES、SEM及光学显微镜结合图像分析等手段，表征老化前后的化学、结构、光学及形态变化。

**2.1 未处理PET的表征**

**2.1.1 物理和化学表征**

XRD显示参考PET呈现多个结晶峰，而彩色PET仅呈现（100）峰；蓝色和白色PET初始结晶度较高，棕色和橙色峰形较宽。橙色PET在27°–60°出现低强度峰，确认存在金红石型TiO₂。FTIR光谱表明各样品均显示PET特征峰，但添加剂特征重叠；橙色PET在2800–3100 cm^?1区域吸收显著增强，提示有机染料存在。μ-Raman光谱中，彩色PET因荧光干扰难以比较，仅白色PET与参考PET的差异可解释：白色PET在1615 cm^?1峰强度更高，可能源于结晶度增加或添加剂散射。DRS/UV-vis识别出蓝色PET含铜酞菁（颜料蓝15），棕色PET含UV稳定剂（如二苯甲酮类、苯并三唑类或受阻胺光稳定剂HALS），橙色PET含溶剂橙60和63染料及TiO₂。DSC显示参考PET熔点为234.6 °C和246 °C，彩色PET熔点约244–248 °C，无机添加剂促进更稳定晶片形成。ICP-OES确认了Cu、Ti、Co、Zn等元素，与光谱结果一致。

**2.1.2 形态表征：尺寸和形状描述符的量化**

光学显微镜和图像分析显示，所有PET样品粒径范围为0.5–1000 μm，数均值在3–25 μm之间，表明碎裂产生大量小颗粒。棕色PET数均粒径最小（3.7 μm），呈脆性断裂；橙色PET因TiO₂填料碎裂成更小尺寸。不同样品的碎裂特征不同，归因于添加剂和结晶度差异。

**2.2 不同PET样品的老化效应**

**2.2.1 化学和结构变化**

人工海水（SW）老化16周后，FTIR变化很小，聚合物链保持完整；白色PET的羰基指数从0.76升至0.99。拉曼光谱也显示SW老化未引起明显结构变化。UV老化则引起更显著变化：参考PET出现温和光氧化迹象，但仅限早期