老化微塑料表面特性与亲水性药物结构间双模式吸附构效机制研究
批准号:
22106184
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵玉凤
依托单位:
学科分类:
水污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵玉凤
中文摘要
微塑料作为有机污染物的载体,是影响有机污染物在水体中迁移扩散的重要因素。目前,有关微塑料与亲水性有机污染物间吸附行为的研究相对较少,且仅凭实验手段难以满足研究需求。本项目选取10种不同结构的亲水性NSAIDs类药物作为目标污染物,以环境中广泛存在的具有不同结构的聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)作为微塑料代表。通过不同的老化方式改变微塑料的理化性质,以此来改变其对NSAIDs的吸附能力,进而系统地研究NSAIDs在微塑料表面的吸附和解吸行为特性。通过构建涵盖微塑料理化性质模块与NSAIDs分子结构性质模块的双模式吸附构效关系,提升对水体中微塑料与亲水性有机污染物间吸附行为特性的预测能力。根据模型所含参数类型及系数大小,阐明微塑料和NSAIDs理化性质对吸附行为的影响规律。本项目的实施可为评价环境微塑料对亲水性有机污染物迁移扩散的影响及评估由此带来的生态环境风险提供科学依据。
英文摘要
As a carrier of organic pollutants,microplastics are the important factor affecting the migration and diffusion of organic pollutants in water. At present, the research on the adsorption behavior between microplastics and hydrophilic organic pollutants is relatively few, and it is difficult to meet the research needs only by experimental methods. This proposal intends to select 10 kinds of hydrophilic NSAIDs with different structures as the target pollutants, and polyethylene (PE) and polystyrene (PS) with different structures widely existed in the environment are selected as the representatives of microplastics. The physiochemical properties of microplastics will be changed by different aging methods, to change the adsorption ability of microplastics for NSAIDs, and then the adsorption and desorption behavior of NSAIDs on the surface of microplastics will be systematically investigated. A dual-mode interfacial structure-activity relationship covering the physicochemical property modules of microplastics and the NSAIDs is developed to improve the ability to predict the adsorption behavior of microplastics and hydrophilic organic pollutants in water. According to the parameter types and coefficients in the developed model, the influence of the physicochemical properties of microplastics and NSAIDs on the adsorption behavior will be clarified. This proposal will provide a scientific basis for evaluating the impact of environmental microplastics on the migration and diffusion of hydrophilic organic pollutants and assessing the resulting ecological and environmental risks.
微塑料(MPs)作为新污染物持续受到关注,其分布广泛、持久存在且能负载传输污染物的特性,干扰了污染物在环境中的迁移扩散,易引发复合污染问题,对生态系统构成潜在威胁。本项目聚焦老化过程对MPs理化性质的影响,基于此进一步探究这些特性变化对MPs负载水体中亲水性有机污染物能力的影响。为此,模拟了紫外光、高温、湖水和海水浸泡等环境老化条件,对传统微塑料聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)以及可降解微塑料聚乳酸(PLA)进行老化处理。运用多种表征手段,解析老化前后微塑料的表面形态、结晶度、官能团结构、亲疏水性、表面电荷和比表面积变化情况。选择阳离子形三环类抗抑郁药阿米替林(AMI)以及抗生素类诺氟沙星(NOR)、环丙沙星(CIP)、磺胺甲噁唑(SMZ)作为研究对象。通过吸附实验研究MPs与污染物的相互作用,并对其理化性质与吸附能力的相关性进行深入研究。研究结果表明:紫外老化显著改变了微塑料的理化性质。亲水性和比表面积增大,官能团与表面电荷的改变,提升了MPs对亲水性有机污染物的负载能力,其中 PLA 的变化最为显著。随着紫外老化时间延长,MPs表面形态和化学结构持续改变,π-π作用增强,使MPs具有更强的吸附能力,老化 60 天后,吸附性能显著提高。此外,紫外老化不仅增强了MPs对污染物的吸附能力,也强化了其释放能力,这与老化过程中MPs表面性质的变化有关,同时受环境条件如溶液酸碱度、盐度和有机物含量的影响。在碱性、高盐度和高有机物含量的环境会提高 MPs 对抗生素的解吸率。相关性分析表明,MPs的结晶度、疏水性、羰基指数、Zeta 电位和比表面积等理化性质与吸附能力密切相关。老化使比表面积和电位值增加、疏水性降低,扩大了与污染物的接触面积和吸附位点,氧化提升 Zeta 电位,增强静电作用,进而提高吸附能力。相关研究结果为深入理解 MPs 在环境中的行为和生态效应提供了重要参考。
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