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文| 青橘罐头编辑 | 青橘罐头●~什么是微塑料？~●微塑料是指尺寸在1微米（μm）至5毫米（mm）之间的塑料颗粒或微小碎片，它们可以来源于塑料制品的分解、塑料生产过程中的溢出，以及其他塑料废弃物的分解等。微塑料的小尺寸使其在环境中难以被完全过滤或去除，从而广泛分布于海洋、淡水、土壤以及空气中，成为全球性的环境问题。这是一种尺寸通常在1微米至1毫米之间的球形或不规则形状的微塑料颗粒，它们通常用于个人护理产品（如洗面奶、牙膏、身体磨砂等）中作为磨砂剂或清洁剂，由于其小尺寸和难以分解的特性，微塑料颗粒易被排放至污水处理厂，最终进入水体。这是一种尺寸在1微米至5毫米之间的细长塑料纤维，微纤维通常来源于合成纤维制品的洗涤过程，如衣服、毛巾、床上用品等，当这些合成纤维的衣物在洗涤过程中释放微纤维，它们很容易进入水体和环境中。纳米塑料是尺寸在1纳米（nm）至1微米之间的塑料颗粒，这类微塑料通常较小，难以直接观察，但在环境中普遍存在。它们可能来源于塑料的分解、生产过程中的溢出，或者是由较大的塑料颗粒经过风化、破碎后形成的。粉尘状塑料指尺寸在10微米至1毫米之间的塑料碎片，这类微塑料通常来源于塑料制品的磨损、分解和风化，它们可以通过空气传播，并最终沉积在土壤和水体中。●~微塑料的来源~●塑料制品在使用过程中，受到光照、氧化、机械磨损等多种因素的作用，会逐渐分解成微小的微塑料颗粒或碎片，塑料袋、塑料瓶、塑料包装等经过长时间的曝露在自然环境中，可能会分解成微塑料。塑料生产过程中，一些塑料颗粒或碎片可能会因为操作不当或设备故障而溢出，进入环境。合成纤维制品（如聚酯纤维、尼龙纤维等）在洗衣过程中，会释放出微小的塑料纤维，这些微纤维也被归类为微塑料，这是因为合成纤维本身是由塑料原料制成的。一些个人护理产品，如洗面奶、牙膏、身体磨砂等，含有微塑料颗粒作为磨砂剂或清洁剂，当使用这些产品后，这些微塑料颗粒可能会被冲洗进下水道，最终进入水体。大量的塑料垃圾被不当处理，被丢弃到环境中，这些塑料垃圾会经过风化、破碎等过程逐渐分解成微塑料，最终进入土壤、水体和空气中。船舶的废弃物和渔业活动中使用的塑料制品，例如渔网、渔具等，可能会在海洋中释放微塑料。塑料填埋场是塑料废弃物的常见处置方式之一，但在填埋过程中，由于塑料的不可降解性，部分塑料可能会分解成微塑料，从填埋场渗漏到周边环境。微塑料对水生生物和生态系统造成的影响是一个复杂而严峻的问题，微塑料的小尺寸和广泛分布使其在水体中易被生物吸食或吸附，进而进入食物链，并可能在生态系统中积累。许多水生生物，包括浮游生物、底栖生物、鱼类和海洋哺乳动物等，会错误地将微塑料当作食物摄食，这可能导致生物胃肠道堵塞，降低其摄食能力，影响能量摄取和生长发育。微塑料表面可以吸附一些有毒的化学物质，如重金属和有机污染物，当生物摄食了含有微塑料的食物时，这些毒性物质可能会释放出来，引发生物体中毒，甚至会在食物链中逐级积累。一些研究表明，暴露于微塑料的水生生物可能出现生殖和发育问题，这可能导致繁殖率下降和种群减少，对生态系统的稳定性产生影响。微塑料暴露还可能导致水生生物的行为和认知能力发生变化，例如，某些鱼类可能会因为摄食了微塑料而表现出规避捕食者的行为减少，增加了被捕食的风险。微塑料可能在水中形成漂浮的聚集体，被称为“塑料污染群”，这些塑料污染群可能影响水生生物的繁殖场所，干扰其产卵和孵化过程。微塑料的存在可能对水生生物群落结构和物种多样性产生影响，从而影响整个生态系统的稳定性和功能。●~光氧化过程~●光氧化是一种化学反应过程，它是指在光照的作用下，氧气（O2）参与的氧化反应，在环境中，光氧化通常指的是有机物或化合物在光照条件下与氧气发生反应，产生一系列氧化产物的过程。在光照条件下，有机物或化合物吸收光能，通常是紫外线（UV）或可见光的能量，吸收光能后，分子中的化学键可能会产生激发态，从而形成活性的激发态分子。在吸收光能后，分子进入一个活性的激发态，其中化学键被激发，使其反应性增强，这种活性激发态可能是单重态（S1）或三重态（T1）。活性激发态的分子可以参与一系列光化学反应，在光化学反应中，活性分子可能发生光解、氧化还原反应、断裂、结合等一系列化学变化，导致产生新的化学物质。在光氧化过程中，氧气（O2）作为氧化剂参与反应，活性激发态分子可能与氧气发生氧化反应，从而将氧气中的氧原子（O）或氧自由基（O2-）转移到有机物上。在光氧化过程中，有机物或化合物被氧化，产生氧化产物，这些产物通常比原始有机物更具氧化性，可能进一步参与其他反应。●~光氧化反应与微塑料降解的关系~●光氧化反应在微塑料降解过程中起着重要的作用，微塑料是一种小尺寸的塑料颗粒或碎片，由于其难以降解的特性，长期存在于环境中，对生态系统和生物体造成潜在威胁。光氧化是微塑料降解的一种重要途径，指的是微塑料在光照条件下与氧气发生氧化反应，进而导致其降解为较小的碎片或更小的颗粒。光氧化反应可以促进微塑料的降解，在光照条件下，微塑料表面吸收光能并进入激发态，形成活性的激发态微塑料分子。这些激发态微塑料分子可能与氧气发生氧化反应，导致分子链的断裂和碎片的形成，从而使微塑料逐渐降解为更小的碎片或甚至纳米级颗粒。光氧化反应还可以导致微塑料的形态发生改变，在光照条件下，微塑料可能发生光解作用，使其分解为更小的碎片。这些形态改变可能增加微塑料的表面积，使其更易受到其他环境因素（如微生物、化学物质等）的影响，加速其降解过程。光氧化反应可以改变微塑料在环境中的归趋，经过光氧化反应降解后的微塑料碎片可能更易沉积或迁移到不同的环境介质中，如水体底泥、土壤等，这可能导致微塑料在环境中的分布和迁移模式发生变化。●~影响光氧化反应的因素~●光氧化反应是一个复杂的化学过程，受多种因素的影响，这些因素可以分为光照条件、反应体系的性质和反应物特性等方面。光照强度是影响光氧化反应速率的关键因素，较高的光照强度可以提供更多的能量，促进分子的激发，从而增加反应速率。光照时间是光氧化反应的持续时间，较长的光照时间通常可以增加反应的进程和产物生成，不同波长的光线对光氧化反应的影响不同，某些波长的光线可能更有利于激发反应物分子，从而促进反应的进行。溶液的酸碱性可以影响光氧化反应的速率和产物生成，通常情况下，酸性条件下光氧化反应速率较快，但在不同的反应体系中可能会有差异。反应物的浓度影响光氧化反应速率，较高的反应物浓度通常导致更多的反应物参与反应，从而加快反应速率。氧气是光氧化反应中的氧化剂，它参与反应并使有机物氧化，光氧化反应的速率和效果与氧气浓度相关，在某些情况下，除氧气外，还可以使用其他氧化剂来促进光氧化反应，例如过氧化氢（H2O2）等。光氧化动力学模型是用数学方程描述光氧化反应速率与影响因素之间的关系，这些模型可以帮助我们理解和预测光氧化反应的动态过程，以及探索影响反应速率的各种因素。在研究微塑料的光氧化过程时，科学家们开发了多种动力学模型来描述微塑料的光氧化降解过程。一级动力学模型是最简单的动力学模型之一，它假设光氧化反应的速率与反应物浓度成正比，即反应速率随着反应物浓度的减少而减少。对于复杂的光氧化反应体系，可能涉及多种反应物和中间产物，需要使用多相反应模型来描述，多相反应模型基于反应的速率和质量平衡，通过一组偏微分方程来描述反应过程。除了上述常见的模型外，还有其他更复杂的动力学模型，如二级动力学模型、非线性动力学模型等，用于特定的反应条件和反应机制。选择适当的光氧化动力学模型需要根据具体的研究对象和实验数据来决定，有时可能需要进行实验数据拟合或模型参数优化，以获得更准确的模型描述和预测。光氧化反应本身可能受到多种因素的影响，因此在模型开发和应用中，还需要综合考虑反应体系的性质、环境条件和微塑料特性等因素。光氧化反应的第一步是反应物吸收光能，当反应物处于光照条件下，吸收光能后，分子中的电子可能进入激发态，形成活性的激发态分子。在光照条件下，分子的电子进入激发态，使其反应性增强，这种活性激发态可能是单重态（S1）或三重态（T1）。活性激发态的分子与氧气（O2）发生氧化反应，在光氧化反应中，氧气充当氧化剂，将氧气中的氧原子（O）或氧自由基（O2-）转移到有机物上，导致有机物氧化。在光氧化过程中，活性激发态分子和氧气可能产生氧自由基，氧自由基具有高度活性，可能与其他有机物或化合物发生自由基反应，引发链式反应，导致更多的氧化产物生成。在光氧化过程中，分子的光解作用可能发生，光解作用指的是分子的键断裂，从而形成反应中间体或产生碎片。光氧化反应会导致反应物的氧化降解，生成一系列氧化产物，这些氧化产物通常比原始有机物更具氧化性，并可能继续参与其他反应。不同的反应物和反应体系可能会涉及不同的光氧化机理，光氧化反应可以在水中、空气中或其他介质中发生，因此其机理可能会受到环境条件和化学物质特性的影响，光氧化反应的机理还受到光照条件、溶液pH、温度等因素的影响。科学家可以在实验室中模拟不同光照条件、溶液pH、温度等参数，进行光氧化实验研究，在这些实验中，使用不同类型和尺寸的微塑料样品，通过监测其降解速率、产物生成和分子结构变化等，来研究光氧化动力学和机理。除了实验室模拟，科学家还可以在控制条件下模拟不同环境条件，例如水体、土壤或空气中，开展微塑料光氧化实验，这有助于了解光氧化在不同环境中的差异和影响。科学家可以采集不同环境样品，如海洋水体、湖泊、河流、土壤等，分析其中的微塑料含量和特性，通过对这些样品的光氧化实验和分析，可以了解微塑料在不同环境中的光氧化情况和降解速率。 |
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发表于 2023-8-5 10:43:25