西安理工大学赵亚乾团队JEMA综述：水环境中微塑料(MPs)与PFASs的相互作用

图片摘要

文章亮点

• MPs与PFASs的来源及共同来源非常广泛和常见。
• 全面汇总了PFASs在MPs上的吸附行为及其影响因素。
• 分析了MPs 和PFASs 在水生环境中的归宿和综合毒性。
• 总结了水中MPs 和PFASs 的去除策略。

成果简介

近日，西安理工大学赵亚乾教授团队在国际环境领域期刊Journal of Environmental Management上发表了题为“Interactions between MPs and PFASs in aquatic environments: A dual-character situation”的综述论文。随着人类科学技术的发展，各类新污染物层出不穷，而水生环境尤其是海洋则被认为是各类污染物的主要“汇”之一。文章以目前国际广受关注的两类新污染物：微塑料（MPs）及多氟和全氟烷基物质（PFASs）为主要对象，探讨了在水环境中MPs及PFASs的相互作用和影响，并通过讨论这两类污染物的来源和吸附作用，分析了MPs和PFASs在水环境中的命运及其毒性效应，最后汇总了从水中去除MPs和PFASs的传统和新兴技术手段。本综述从MPs和PFASs的重叠之处出发，对两类新污染物之间的联系和相互影响做了全面分析，有助于深入了解两者被忽略的联系和相互作用并对污染风险评估与控制管理提供新的角度 。

图文导读

环境中MPs主要分为初生和次生两种来源。前者是指为特定的家庭或工业应用而在微观尺度上制造的塑料，而后者是指大尺寸塑料经过长时间老化并破碎而成的MPs，其中，次生MPs是环境中的主要MPs。据统计，2019年，全球塑料使用量高达4.6亿吨，其中大部分使用后被弃置，迄今为止约有49 亿吨塑料被错误处置，而环境则是它们的最终归宿（图2）。大量塑料废物在水中通过物理、化学和生物作用分解缩小，最终成为 MPs 甚至纳米塑料，对环境生物造成威胁 。

图2 2019年全球塑料的使用、废弃和环境泄露

PFASs， 即全氟和多氟烷基物质， 是一类由碳链上的氢原子被氟原子完全或部分取代的人工合成有机化合物。美国环境保护署已鉴定出 7800 多种具有不同化学结构的 PFASs。图 3 显示了简化的 PFASs来源、分类和代表性化合物。由于PFASs优秀的防水抗油性能及高稳定性，被广泛应用于各类工业及消费品中，主要用于表面活性剂和表面保护产品。具体来说，PFASs的常见来源包括食品包装材料、商业家用产品（例如不粘、防水和防污产品）以及相关行业（例如镀铬和电子制造）（图3）。

塑料及PFASs被广泛应用于人类的日常生产生活活动，两者的共同来源也很常见且易被忽视。例如，PFASs是改善塑料性能的加工助剂之一，在相关聚合物的全生命周期阶段，没有完全聚合的PFASs会随着时间的推移而浸出。以聚四氟乙烯（PTFE）为代表的氟塑料是一类重要的塑料类型，并被应用于制造防水防污服装、绝缘胶带和不沾炊具等。 这些产品的老化和破损是MPs和PFASs的共同来源之一。已经有研究报道了不粘锅、饮用瓶装水及功能性纺织品的MPs和PFASs的释放情况。

真实水环境中PFASs被MPs吸附已经得到证实，从流入珠江口的污水排水口提取的MPs上的PFASs最高浓度达到了9.07× 10 ³ ng/g。本文对已发表的MPs吸附PFASs的研究论文进行了汇总，分析吸附机制和影响因素，以全面了解其相互作用（图4）。首先，静电相互作用是已证实的机制之一，溶液的 pH 值、MPs零电荷点的 pH 值以及PFASs的电荷对静电相互作用具有显著影响。而对于一些具有高疏水性的PFASs，疏水相互作用在吸附行为中可能比静电相互作用发挥更重要的作用。疏水相互作用受多种因素影响，一般来说，具有长碳链或疏水性官能团的PFASs具有更强的疏水性而表现出较强的吸附效果。

MPs对PFASs的吸附过程很复杂，与实验室的受控条件不同，真实的环境条件要复杂得多，吸附行为可能受到pH、温度、其它污染物的存在、MPs的老化、生物膜的形成等的影响。例如，研究中常使用未经处理的纯MPs，而在真实环境中MPs的老化过程不可避免，从而表现出与纯MPs的物理化学和化学差异。在大多数情况下，纯 MPs对污染物的吸附量低于真实老化条件下MPs的吸附量。例如，一项研究比较了在湖泊环境和实验室中培养的 MPs上 PFASs的吸附行为，发现在现场培养的 MPs上 PFASs的吸附量是实验室培养的 24-259 倍。

随着塑料和 PFASs 的广泛应用及不合理的弃置， MPs 和 PFASs 被报道存在于在全球范围内的不同环境介质中，而水环境尤其海洋是其主要“汇”， 淡水则是 MPs 进入海洋的途径之一。图 5 概述了 MPs 和 PFASs 在水环境中的命运。 MPs 和 PFASs 以类似的途径从不同的环境介质中迁移到水环境中， MPs 还可以作为水中 PFASs 的载体， MPs 和 PFASs 的共存可能会改变它们的环境运输模式和命运。在这一过程中，考虑到 MPs 的载体效应，本文重点讨论了 MPs 在不同水生生态系统内的运输特征、影响因素及其上吸附的 PFASs 的转移 。

图 5 水环境中 MPs 和 PFASs 的来源及转移

MPs 和 PFASs 从不同营养级的水生生物中被广泛检测到，例如浮游动物、蛤类、鱼类等。大多数研究结果表明 MPs 和 PFASs 的联合暴露表现出了比单种污染物暴露更严重的负面效应。 MPs 可以作为 PFASs 积累的载体，并可能影响它们在生物体中的半衰期，而 PFASs 的存在会损害细胞膜并增加细胞对 MPs 的吸附，导致 MPs 进入循环系统。相反地，也有研究证明，生物体内 MPs 的存在可以通过吸附作用减少某些污染物的生物累积（“清洁效应”）。因此， MPs 的吸附 / 解吸量及其在生物体中的转运可能对污染物的生物富集和毒性产生重要影响 。

随着对 MPs 和 PFASs 研究的深入，如何从水中富集并去除污染物成为了重要课题并受到持续关注。目前已发表的相关技术可分为物理、化学和生物方法，同时本文汇总并提供了具体实验细节及去除效率。一般而言， MPs 显示出与 SS 类似的特性，污水处理厂既可以作为 MPs 重要的收集去除场所，其出水也是 MPs 排放进入水环境的点源之一。对于 PFASs ，常规污水处理流程并不能有效将其从污水中去除，目前膜过滤和吸附已被证明是去除水中 PFASs 的可行方法。除了常规处理方法，本文还汇总了新兴 MPs 和 PFASs 去除技术，然而考虑到在实际复杂环境条件下的应用成本、去除效果及二次污染问题，这些新兴技术仍待发展。

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