可降解微塑料对典型重金属和内分泌干扰物的竞争吸附研究

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微塑料(MPs)具有较强的疏水性、较大的比表面积,可以强烈吸附环境中的污染物,进而影响污染物在环境中的迁移转化及其生物有效性,由于塑料的不可降解或难降解性,给生态环境带来潜在的风险。可降解塑料能够在微生物的作用下能彻底分解成水和二氧化碳,具有完全降解性,是取代通用塑料的重要材料之一。同时重金属和内分泌干扰物的污染也是水环境中普遍存在的问题,因此研究可降解微塑料对典型重金属和内分泌干扰物的吸附机理具有重要意义。本研究选取聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为可降解微塑料的代表,研究典型重金属砷(As)、镉(Cd)和内分泌干扰物双酚A(BPA)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)在可降解微塑料上的竞争吸附特性,通过位点能量分布理论、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征手段进一步对其进行分析,旨在为揭示可降解微塑料对污染物在水环境中迁移转化的影响提供基础数据。主要研究结论如下:(1)可降解微塑料对典型重金属As和Cd的吸附动力学最适合用准二级动力学模型拟合;线性模型、Freundlich模型和Langmuir模型均能够很好的对其等温吸附数据进行拟合;PBS对重金属的吸附效果优于PBAT,可降解微塑料对As的吸附效果优于Cd;热力学研究表明,可降解微塑料对As和Cd的吸附为自发吸热和熵加过程,即高温有利于可降解微塑料对重金属的吸附;(2)基于位点能量分布理论进一步分析PBS在As和Cd之间的竞争吸附特性。PBS在双溶质体系中的平均位点能量与单溶质体系的平均位点能量相比均降低;As的非均质性降低而Cd的非均质性增加,双溶质体系中As对Cd的影响大于Cd对As的影响;二者存在一定的竞争作用,且As在双溶质体系中处于竞争优势地位;(3)可降解微塑料对典型内分泌干扰物BPA和EE2的吸附动力学均能够很好的用Elovich模型和准二级模型动力学模型拟合;线性模型、Freundlich模型和Langmuir模型均能够很好的对其等温吸附数据进行拟合;PBS对内分泌干扰物的吸附效果优于PBAT,可降解微塑料对EE2的吸附效果优于BPA;热力学研究表明,可降解微塑料对BPA和EE2中的吸附为自发放热和熵减过程,即低温有利于可降解微塑料对内分泌干扰物的吸附;(4)基于位点能量分布理论进一步分析PBS在BPA和EE2之间的竞争吸附。PBS在双溶质体系中的平均位点能量和非均质性都增加;EE2的非均质性波动大于BPA,EE2的吸附容量减小,BPA的吸附容量增加,说明这两种物质在吸附过程中BPA对EE2的影响大于EE2对BPA的影响;二者存在一定的竞争作用,且BPA在双溶质体系中处于竞争优势地位。
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