微塑料正向水中释放看不见的化学物质

这项发表在《新型污染物》期刊上的研究，检测了四种常见塑料，并将它们释放的化学物质与河流中天然存在的溶解有机物进行了对比。研究团队通过结合动力学模型、荧光光谱、高分辨率质谱和红外分析，发现每种塑料都会释放其独特的化学混合物，而这些化学特征会随着阳光逐渐分解塑料表面而发生变化。

东北师范大学的第一作者关玖念表示：“微塑料不仅以可见颗粒污染水生环境，还会产生随老化而变化的无形化学羽流。我们的研究表明，阳光是这一过程的主要驱动因素，且塑料释放的分子与河流和土壤中天然产生的分子有很大不同。”

为了更好地理解光线如何影响塑料分解，研究人员将聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸和聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸酯共聚物这四种微塑料在黑暗和紫外线条件下暴露于水中长达96小时。结果显示，阳光照射显著增加了所有测试塑料释放的溶解有机碳量。被标记为可生物降解的塑料（包括聚乳酸和聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸酯共聚物）释放量最大，这反映了它们较不稳定的化学结构。

动力学模型显示，释放过程遵循零级反应行为。这意味着反应速率由塑料表面的物理和化学限制控制，而非水中已溶解的物质数量。在紫外线下，研究人员发现膜扩散是减缓释放过程的主要因素。

详细的化学分析表明，微塑料溶解有机物（MPs DOM）包含多种分子，这些分子来源于塑料添加剂、单体、低聚物以及光氧化反应形成的碎片。具有芳香结构的塑料（如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸酯共聚物）会产生特别复杂的化学混合物。

随着塑料的持续老化，研究人员观察到含氧官能团的增加，这表明生成了醇类、羧酸盐、醚类和羰基化合物。此外，还检测到邻苯二甲酸酯等化学添加剂，这与它们在塑料材料中相对较弱的结合力相符。

荧光测量揭示了另一个显著差异：微塑料溶解有机物与微生物产生的有机物质非常相似，而非源自陆生植物和土壤的有机物，这与河流中发现的天然溶解有机物形成鲜明对比。随着时间的推移，类蛋白质、类木质素和类单宁物质的平衡会根据塑料类型和阳光照射程度而发生变化。

微塑料释放的不断变化的化学混合物可能通过多种方式影响水生生态系统。微塑料溶解有机物主要由小型、可被生物利用的分子组成，这些分子可能刺激或抑制微生物生长、破坏营养循环，或与金属及其他污染物相互作用。先前的研究已表明，微塑料溶解有机物可产生活性氧物种、影响消毒副产物的形成，并改变污染物在水中颗粒上的附着方式。

共同作者刘世霆表示：“我们的研究结果强调了考虑水中微塑料全生命周期的重要性，包括它们释放的无形溶解化学物质。随着全球塑料产量的持续增长，这些溶解化合物可能具有越来越重要的环境意义。”

由于微塑料溶解有机物化学性质复杂且不断变化，研究人员建议机器学习工具可帮助预测这些物质在天然水体中的行为。此类模型有助于改进与生态系统健康、污染物迁移和碳循环相关的风险评估。作者还指出，微塑料流入河流和海洋的情况在很大程度上仍未受到监管。随着塑料在阳光下继续碎裂和降解，微塑料溶解有机物的释放预计会增加。了解这些化学物质在塑料分解不同阶段的演变，对于评估其长期环境影响至关重要。