原水中有机污染物在微塑料上的吸附特性及作用机制研究

As emerging environmental contaminants, the presence of microplastics (MPs) in the freshwater environment have become a major concern in recent years. Due to its special physicochemical properties, MPs may lead to combined pollution with other contaminants. Nowadays, the study on the sorption characteristics and mechanisms of organic pollutants on MPs has not been reported. This proposal commits to investigate the sorption characteristics of organic pollutants on MPs, and to study the sorption characteristics of MPs under coexisting organic pollutant system. Dubinin-Ashtakhov (DA) model was used to study the sorption mechanism and the quantitative prediction model of organic pollutants on MPs. Besides, the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（XDLVO）theory prediction and atomic force microscopy (AFM) analysis technology were also applied to calculate interfacial free energies and microscopic force between the organic pollutants as well as the MPs and organic pollutant. It could provide theoretical basis to understand the complex pollution characteristics and to control water pollution.

作为一类新型污染物，微塑料（MPs）在淡水环境中的污染引起了高度关注。MPs特殊的物理化学性质，使其容易吸附水中的有机污染物形成复合污染。目前，MPs对原水中有机污染物吸附特性及作用机制研究尚未见报道。本课题拟在前期的研究基础上开展以下工作：研究MPs对原水中有机污染物以及共存有机污染物体系下的吸附特性。利用Dubinin-Ashtakhov（DA）模型探讨MPs对有机污染物吸附作用机制和吸附定量预测模型；利用扩展的DLVO（XDLVO）理论和AFM探针技术，研究有机污染物与MPs以及污染物之间界面自由能以及微观作用力。通过分析有机污染物在MPs上的吸附行为及界面间相互作用，为原水中复合污染特征以及污染控制提供重要的理论依据。

水体微塑料（MPs）污染已成为全球性的环境问题，作为一类广泛存在的新型污染物，其在环境中会经历多种老化过程，而老化过程对MPs携带其他污染物的能力影响显著。因此，了解原始以及老化MPs与其他污染物之间的吸附行为对于评价MPs及其复合污染对环境的影响意义重大。项目采用热活化过硫酸钾老化聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）四种微塑料，以此来模拟其在自然环境中的老化行为，采用SEM、FTIR、XPS、比表面积和粒度等表征方法，考察了MPs老化特性，探究了老化MPs与多种新兴有机污染物之间的吸附特性，并分析了吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和解吸过程。利用Polanyi 理论Dubinin-Ashtakhov（DA）模型探讨了MPs 对有机污染物吸附作用机制，研究了MPs吸附不同种有机物的吸附量与有机物性质的关系，考察了不同种类MPs吸附有机污染物的吸附亲和力与溶剂化参数的多元线性回归关系。利用亲和力参数与有机物溶剂化参数间的定量构效关系建立了吸附作用的定量预测模型。. 基于对传统污水处理厂工艺的认识，探索了聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）在混凝-絮凝过程中对PS纳米微塑料的去除性能和机理。采用扩展的压缩双电层理论（XDLVO）深入分析了纳米塑料与PAC之间的相互作用力，并揭示了可逆絮凝、Al-O化学键、胶体间作用力对混凝性能的影响。. 研究了卡马西平（CBZ）和PS微塑料对大型溞母代和子代急性毒性、慢性毒性作用，并通过大型溞抗氧化系统、免疫系统和内分泌系统的生物标志物，评价了CBZ和MPs单一和联合暴露对大型溞的毒性代际传递，从分子水平研究了CBZ 和PS MPs对大型溞的F0代和F1代的影响。. 该项目立足于环境保护需求，建立了既能反映MPs对污染物吸附机制，还具有明确的物理意义的吸附预测模型，为水中复合污染特征以及污染治理以及更准确地评估其迁移能力和生态效应提供理论及数据支持。