《Journal of Hazardous Materials》：Rapid disinfection byproduct formation from microplastics-derived dissolved organic matter during short-term chlorination: polymer-dependent pathways
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•大量消毒副产物在数分钟内由微塑料溶解性有机物快速形成。•聚苯乙烯溶解性有机物表现出更高的氯反应活性，但形成的消毒副产物少于聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物。•与聚对苯二甲酸乙二醇酯系统相比，聚苯乙烯系统中形成了更多类芳香族且氧化程度较低的消毒副产物。•聚合物结构决定了消毒副
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大量消毒副产物在数分钟内由微塑料溶解性有机物快速形成。
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聚苯乙烯溶解性有机物表现出更高的氯反应活性，但形成的消毒副产物少于聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物。
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与聚对苯二甲酸乙二醇酯系统相比，聚苯乙烯系统中形成了更多类芳香族且氧化程度较低的消毒副产物。
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聚合物结构决定了消毒副产物的形成途径。
引言
氯化处理因其高效灭活病原微生物的特性，被广泛应用于饮用水和废水处理中[1], [2]。然而，氯与溶解性有机物（DOM）、溴离子（Br?）和碘离子（I?）的反应不可避免地会产生消毒副产物（DBPs），这些副产物已被证实具有细胞毒性、遗传毒性和致癌性[2], [3], [4]。传统上，天然有机物（NOM）被认为是消毒副产物的主要前驱物[5], [6]。近年来，越来越多的研究者将注意力转向新兴污染物作为消毒副产物的替代前驱物，因为它们可能生成此前未被识别的、具有不同化学结构且潜在毒性更高的消毒副产物[7], [8], [9]。
微塑料（MPs）已成为水环境中普遍存在的污染物，并日益被视为溶解性有机物的潜在来源[10], [11], [12], [13]。在迁移和转化过程中，微塑料会经历渐进式老化，释放出复杂的有机化合物混合物（MPs-DOM），包括残留添加剂（如双酚类和邻苯二甲酸酯类）和聚合物降解产物[14], [15], [16], [17]。近期研究表明，MPs-DOM有助于消毒副产物的形成[18], [19], [20], [21]。例如，Lee等人（2020年）报道，MPs-DOM在氯化过程中表现出形成三卤甲烷（THMs）的高潜力，其形成产率与天然DOM相当[18]。Ateia等人（2020年）证明，卤代乙腈（HANs）和总有机卤素也容易由微塑料浸出物产生，而溴离子的存在可能使消毒副产物种类向毒性更强的溴化形式转变[19]。然而，现有研究主要集中于常规消毒副产物，而未知消毒副产物的形成特征在很大程度上仍缺乏探索。鉴于MPs-DOM的高度分子多样性，这可能会促进新型消毒副产物种类的产生，因此这一研究空白尤为重要。
当前研究的另一关键局限性在于采用了过长的氯化时间（通常为24–48小时）[22], [23], [24], [25]，这代表的是消毒副产物的理论最大产率，而非实际的消毒条件。在实际水处理系统中，氯接触时间通常限制在几分钟至几小时内[26]。重要的是，多项基于时间的研究表明，某些消毒副产物，特别是反应活性和不稳定物种，会在短时间尺度内快速形成，随后发生降解[27], [28]。Wang等人（2012年）发现，生成的卤代乙腈和卤代酮在不到四小时内迅速达到峰值，随后随着接触时间的延长而减少[27]。同样，Pan等人（2017年）报道，13种新型极性酚类消毒副产物在接触时间从1小时到3天内快速形成并迅速分解[28]。因此，短期氯化可能更好地反映实际暴露情景，并揭示暂时性但潜在毒性更强的消毒副产物。然而，迄今为止，有关在此类条件下由MPs-DOM形成消毒副产物的研究仍然匮乏。
本研究选择聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为代表性微塑料，因为它们分布广泛且具有不同的聚合物结构。我们调查并比较了在短期氯化条件下PS-DOM和PET-DOM中传统及未知消毒副产物的形成模式。同时，通过傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR MS）进一步揭示了它们在溶解性有机物转化和消毒副产物形成途径上的差异。本工作为MPs-DOM作为消毒副产物前驱物提供了新的见解，并对消毒条件下的风险评估具有重要意义。
章节摘要
化学品和材料
聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料，平均粒径为10微米，购自上海冠布机电科技有限公司，未经进一步纯化直接使用。次氯酸钠溶液（NaClO，有效氯≥5%，w/w）用作氯化剂。消毒副产物混合标准溶液，包括四种三卤甲烷、九种卤代乙酸和九种卤代乙腈，购自上海安谱标准科技有限公司。详细信息如下：
传统消毒副产物的形成
图1展示了在短期氯化条件下，聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物溶液中三类消毒副产物（三卤甲烷、卤代乙酸和卤代乙腈）的形成模式，以及氯衰减曲线。为更准确地比较不同微塑料溶解性有机物产生消毒副产物的能力，消毒副产物的数量以溶解性有机碳进行了归一化处理。总体而言，三卤甲烷是两种系统中的主要消毒副产物，其次为卤代乙腈，而卤代乙酸含量最低。与先前在更长时间氯化条件下报道的卤代乙酸形成量高于卤代乙腈的情况不同，
结论
本研究调查了短期氯化条件下由微塑料溶解性有机物形成消毒副产物的情况，突出了聚苯乙烯溶解性有机物与聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物之间的显著差异。消毒副产物在短时间接触内即可快速形成，其中聚苯乙烯溶解性有机物表现出更高的氯反应活性，但消毒副产物形成效率较低，而聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物则产生了更高的产率和更广泛的物种种类。分子水平分析表明，聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物生成了更多样化且氧化程度更高的消毒副产物，而聚苯乙烯来源的消毒副产物相对更为
环境意义
微塑料在水环境中被频繁检出，其浸出的溶解性有机物已成为消毒副产物的潜在前驱物。然而，其在现实短期氯化条件下的行为仍知之甚少。本研究调查了短期氯化条件下由微塑料溶解性有机物形成消毒副产物的情况，突出了聚苯乙烯溶解性有机物与聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解性有机物之间的显著差异。进一步分析表明，微塑料溶解性有机物形成消毒副产物的高度依赖于聚合物结构，且可快速发生
CRediT作者贡献声明
张星丽：资源、资金获取。张建超：资金获取。王铁成：形式分析、概念化。邹伟：写作—审阅与编辑、资金获取、概念化。许婧琪：可视化、验证、调查。赵孟磊：验证、方法论。李瑞：可视化、调查、数据整理。李腾飞：写作—审阅与编辑、写作—初稿撰写、资金获取、数据整理、概念化。
关于生成式人工智能及AI辅助技术在写作过程中使用的声明
在本研究准备过程中，作者使用了ChatGPT-4.0（OpenAI, Inc.）以提高可读性和语言质量。使用该工具/服务后，作者对内容进行了审查和编辑，并根据需要进行了修改，对已发表文章的全文内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些因素可能被认为会影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42207426, 42377280, 42577304）和河南省自然科学基金（232300421102）的资金支持。
李腾飞|许婧琪|李瑞|赵孟磊|张建超|张星丽|邹伟|王铁成
