塑料上的气泡将微塑料释放到水中

塑料上的气泡将微塑料释放到水中

日常塑料上形成的看不见的微泡会脱落微小碎片，揭示了一种低能量且广泛的塑料污染途径，这种污染发生在水与塑料相遇的地方。

学习：微气泡引起的侵蚀将微米塑料和纳米塑料释放到水中。照片来源：Ennachii/Shutterstock.com

爱尔兰都柏林三一学院的研究人员领导的一项新研究报告称，塑料表面形成的气泡会导致表面侵蚀和破碎，并引发先前表面结合且难以检测的微米和纳米塑料释放到水中。该研究发表在期刊上科学进步。

为什么了解微塑料的隐藏来源很重要

微米和纳米塑料（MNP）是水生环境中广泛存在的微污染物，对环境、野生动物和人类健康产生有害影响。这些污染物可以在食物链的各个层面甚至人体的各个器官中检测到。根据最近的估计，人们每年仅通过瓶装水就摄入多达 90,000 颗微塑料。

MNP 的特点是粒径小、粘附性强以及在人体组织中具有显着的积累能力。人体组织中微塑料的积累与严重心血管并发症的风险增加有关，并与神经退行性疾病有关。

现有证据表明，MNP 通过机械降解或紫外线 (UV) 暴露从塑料块释放到水中。然而，尽管水生环境中塑料与水接触密切，但仍缺乏气泡、pH 值和盐度等水生因素对 MNP 生产影响的研究。

鉴于 MNP 对健康的潜在影响，了解 MNP 形成和释放的机制对于制定有效的缓解策略非常重要。在MNP产生的各种机制中，气泡的作用受到了相当多的关注。

在适当的水和表面条件下，主要在塑料表面形成的气泡可以使松散的颗粒从这些表面分离并将其带入水中。附着在 MNP 上的小气泡可以改变其物理特性，例如表面张力、密度和传输行为。

关于作用方式，现有的研究结果表明，塑料表面上的气泡由于内部压力而产生的应力会导致表面裂纹。考虑到这种作用模式，当前的研究旨在研究气泡在典型塑料表面生成 MNP 中的作用。

微气泡无需外部能量即可侵蚀塑料表面

研究发现，当水条件允许时，在典型的塑料表面上自发形成的微小气泡可以侵蚀表面缺陷并触发 MNP 的释放。这些事件独立发生，并且与塑料表面的机械整体降解或紫外线诱导的氧化降解同时发生，而不是取代这些机制。

由气泡引起的塑料表面碎裂发生在各种温度范围（25°C 至 95°C）和各种水类型中，包括去离子水、自来水、河水和海水，在高温下观察到释放速度更快、更广泛。

在作用方式方面，研究表明，塑料表面上气泡的形成、膨胀和运动会产生局部剪切应力和毛细应力，能够在机械稳定性不如塑料本体的表面缺陷位点溶解低分子量聚合物材料并使其变形，从而导致 MNP 释放到水中。

这种通过气泡产生 MNP 的机制不同于其他广泛研究的机制。在紫外线引起的氧化降解过程中，需要持续的高能光子流来破坏聚合物键。这通常相当于数月至数年的阳光或能源密集型实验室灯。

同样，机械降解需要通过波浪、沙子、工业研磨或湍流混合器持续提供外部压力来破坏聚合物结构。

另一方面，一旦满足适当的条件，气泡的形成不需要额外的机械运动或辐射功率，并且除了已经存在的界面力之外不需要任何外部能量输入。气泡的表面张力提供了使低分子量、低结晶材料与缺陷分离的局部力，这意味着驱动表面破碎的能量直接来自系统中已经存在的界面自由能。

总而言之，这些结果表明，气泡引起的塑料表面破碎是 MNP 释放的真正低能量途径，并且发生在水和塑料表面接触的任何地方，包括日常和自然水生环境。

气泡的形成取决于两个因素：水质和塑料表面的理化特性。在高温下，气体在水中的溶解度降低，从而促进塑料表面气泡的形成和生长。同样，较高水平的溶解氧和较低水平的盐为气泡的形成提供了额外的溶解气体。

此外，聚丙烯和聚乙烯等疏水性聚合物具有固有的表面缺陷，并且由于气体截留增加而特别适合形成气泡。

这些机制表明，气泡引起的塑料表面破碎和随后的 MNP 释放可以通过调节环境参数（例如水类型、暴露温度、溶解氧、盐度和紫外线照射）以及塑料特性（例如塑料类型、表面缺陷、生物膜附着、分子量和结晶度）来改变。

研究人员相信，他们的发现将促进对水生因素作用的进一步研究，并制定遏制塑料污染物释放的策略。

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